WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160 LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER BERTENAGA GAS LPG

Gratis

0
1
98
9 months ago
Preview
Full text
(1)PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160 LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER BERTENAGA GAS LPG SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Diajukan oleh GALIH KRISTIANTO NIM : 105214035 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014

(2) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI A WATER HEATER CLOSED BY AN EXHAUST WHICH HAS 160 AIR INTAKE HOLES AND 10 METERS LENGTH OF PIPE POWERED BY LPG FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By GALIH KRISTIANTO STUDENT NUMBER : 105214035 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii

(3) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160 LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER BERTENAGA GAS LPG Ir. PK. Purwadi, M.T iii

(4) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI : :. : iv

(5) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Yogyakarta, 14 Juli 2014 Galih Kristianto v

(6) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Galih Kristianto Nomor Mahasiswa : 105214035 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul : Water Heater Berpenutup Gas Buang dengan 160 Lubang Udara dan Panjang Pipa 10 Meter Bertenaga Gas LPG Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 14 Juli 2014 Yang menyatakan, Galih Kristianto vi

(7) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI ABSTRAK Kebutuhan air panas tidak dapat dipungkiri lagi, hampir semua kalangan membutuhkannya untuk menunjang kegiatannya. Oleh karena itu dilakukan penelitian dengan tujuan : (a) Mendapatkan hubungan antara debit air mengalir dengan suhu keluar water heate, (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (c)menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater, (d) Menghitung kalor yang diterima air, (e) Menghitung efisiensi water heater. Penelitian yang dilakukan di Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta adalah menguji water heater dengan variasi tutup gas buang setinggi 1 cm, 2 cm, dan 3 cm. Water heater yang dibuat memiliki dimesi tinggi 37 cm, diameter tabung paling luar 3 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9 cm, 160 lubang udara pada tabung terluar, panjang pipa 10 meter, diameter dalam pipa 1,27 cm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam sirip 1,27 cm. Penelitian ini menghasilkan : Water heater yang dibuat mampu menghasilkan air keluar (kebutuhan mandi air hangat) dengan temperatur 39oC dengan debit 15 liter/menit (b) Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan temperatur air yang keluar dari water heater dinyatakan dengan persamaan : T0 = 101,86m-0.347 (berlaku untuk nilai 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC , m adalah debit aliran air dalam liter/menit). (c) Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dinyatakan dengan persamaan : qair = 13,962m2 + 537,03m + 8420,1 (berlaku untuk nilai 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC, m adalah debit aliran air dalam liter/menit).(d) Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dinyatakan dengan persamaan : η = -0,0664m2 + 2,553m + 40,029 untuk 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC , m adalah debit aliran air dalam liter/menit. .(berlaku untuk nilai 2,64 < m < 31,5) (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 20758,55833 watt = 20,76 kW. Kata kunci : Water Heater, Gas Water Heater, Pemanas Air, LPG, Efisiensi Water Heater. vii

(8) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI ABSTRACT The needed of hot water isn't be denied again, almost all quarters need it to support their activities. Hence done the studies with a purpose: ( a ) the gain of the relation between a discharge of water flowing out water heate, with the temperature ( b ) the gain of the relation between the water flow at the rate of flow of heat engine, ( c ) count heat engine given gas cylinders on water heater, ( d ) count heat engine received water, ( e ) count the efficiency of water heater. The Research were conducted in sanata darma university were to testing water heater with the variation of cover the exhaust gases as high as 1 cm, 2 cm, and 3 cm. Water heater having dimesi 37 cm, high diameter of a tube most outer 3 cm, the diameter of a central tube 26 cm, diameter of a tube cm, most in the 9 160 air holes in a tube outermost; a length of pipe 10 meters, the inner diameter of 1.27 cm and 8 fins of a copper pipe with diameter the fins are 1.27 cm. This research produce that: water heater made capable of producing water out ( needs for warm bath ) with temperatures 39oC with discharge 15 liters / minute ( b ) the best result of the relation between a discharge of water with temperature of water discharged from water heater expressed with an equation: t0 = 101,86m-0.347 ( applies to value 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oc, m is discharge of water flow in liters per minute ). ( c ) the best result of the relationship between the water flow at the rate of flow of heat engine received water expressed with an equation: qair = 13,962m2 + + 8420,1 537,03m ( applies to value 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oC, m is discharge of water flow in liters per minute ). ( d ) the best result of the relation between a discharge of water efficiency of water heater expressed with an equation: η = -0,0664m2 2,553m + + 40,029 to 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oC, M is discharge of water flow in liter / minute. . ( applies to value 2,64 < m < 31,5 ) ( e ) The Heat that given by LPG gas as much as 20758,55833 watts = 20,76 kW. Keywords : Water Heater, Gas Water Heater, Pemanas Air, LPG, Efisiensi Water Heater. viii

(9) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyusun Skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.Skripsi yang berjudul “Water Heater Berpenutup Gas Buang dengan 160 Lubang Udara dan Panjang Pipa 10 Meter Bertenaga Gas LPG”, disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan selaku Dosen Pembimbing dalam penelitian ini. 3. Indra Santosa dan Tri Verawati, selaku orangtua yang telah memberikan semangat dan bimbingan untuk menyelesaikan Skripsi ini dengan baik secara materi maupun rohani. 4. Galuh Kristianto, selaku kakak kandung yang memberikan semangat untuk menyelesaikan Skripsi ini. ix

(10) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 5. Marselina Noviyanti, selaku teman dekat yang memberikan semangat untuk menyelesaikan Skripsi ini. 6. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2010 dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang turut serta memberikan sumbangan pikiran kepada penulis. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakaknnya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 14 Juli 2014 Penulis x

(11) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL.................................................................................... i TITLE PAGE............................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN..................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN...................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA................................. v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS..................................................... vi ABSTRAK................................................................................................... vii ABSTRACT.................................................................................................. viii KATA PENGANTAR.................................................................................. ix DAFTAR ISI................................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR.................................................................................. xiv DAFTAR TABEL....................................................................................... xviii BAB I PENDAHULUAN.................................................................... 1 1.1 Latar Belakang................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah.............................................................. 3 xi

(12) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 1.3 Tujuan................................................................................ 4 1.4 Batasan dalam Pembuatan Water heater........................... 4 1.5 Manfaat Penelitian............................................................. BAB II BAB III 5 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA...................... 6 2.1 Dasar teori……………………………………………...... 6 2.2 Tinjauan Pustaka………………………………………… 21 METODE PENELITIAN……………………………………. 33 3.1 Rancangan water heater…………………………………. 33 BAB IV 3.2 Persiapan………………………………………………… 36 3.3 Langkah – langkah Pengerjaan…………………………. 43 3.4 persiapan percobaan……………………………………... 44 METODE PENELITIAN……………………………………. 45 4.1 Skema Pengujian………………………………………… 45 4.2 Variasi Penelitian………………………………………... 46 4.3 Peralatan pengujian……………………………………… 46 4.4 Metode Pengumpulan Data……………………………… 49 4.5 Metode Pengolahan Data………………………………... 51 4.6 Metode Pengambilan Kesimpulan………………………. 52 xii

(13) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER…………………….. 54 5.1 Hasil Pengujian………………………………………….. 54 5.2 Perhitungan Matematis…………………………………... 56 5.3 Hasil Pengujian dan Pembahasan……………………….. BAB VI 68 KESIMPULAN DAN SARAN……………………………… 74 6.1 Kesimpulan……………………………………………… 74 6.2 Saran…………………………………………………….. 75 DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………... 77 LAMPIRAN……………………………………………………………….. 78 xiii

(14) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Kompor high pressure............................................................. 16 Gambar 2.2 Aliran fluida............................................................................ 18 Gambar 2.3 Water heater 1........................................................................ 21 Gambar 2.4 Water heater 2........................................................................ 22 Gambar 2.5 Water heater 3........................................................................ 23 Gambar 2.6 Water heater 4........................................................................ 24 Gambar 2.7 Water heater tankless.............................................................. 25 Gambar 2.8 Water heater gas dengan tangki.............................................. 26 Gambar 2.9 Water heater gas dengan turbulator....................................... 27 Gambar 2.10 Water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral........................................................................................ 28 Gambar 3.1 Rangka dalam diameter 9cm................................................... 33 Gambar 3.2 Rancangan pipa saluran air..................................................... 33 Gambar 3.3 Rancangan rangka tabung dalam tanpa selimut...................... 34 Gambar 3.4 Rancangan rangka tabung dalam dengan selimut.................. 34 Gambar 3.5 Rancangan rangka tabung tengah dengan selimut................. 34 xiv

(15) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 3.6 Rancangan tutup gas buang.................................................... 35 Gambar 3.7 Rancangan rangka dengan selimut......................................... 35 Gambar 3.8 Rancangan water heater......................................................... 35 Gambar 3.9 Pipa tembaga........................................................................... 38 Gambar 3.10 Plat strip.................................................................................. 38 Gambar 3.11 Plat Galvanis........................................................................... 39 Gambar 3.12 Besi nako................................................................................. 39 Gambar 3.13 Baut Spring Center.................................................................. 39 Gambar 3.14 Pemotong pipa......................................................................... 40 Gambar 3.15 Las Listrik............................................................................... 40 Gambar 3.16 Tang Rivet............................................................................... 40 Gambar 3.16 Mesin Bor Tangan.................................................................. 41 Gambar 3.17 Mesin Gerinda......................................................................... 41 Gambar 4.1 Skema alat............................................................................... 45 Gambar 4.2 Gas LPG.................................................................................. 47 Gambar 4.3 Kompor high pressure............................................................. 48 Gambar 4.4 Regulator gas.......................................................................... 48 xv

(16) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 4.5 Timbangan gantung digital, Termocouple, dan penampil hasil pengukuran temperatur secara digital APPA51............. 48 Gambar 4.6 Gelas ukur dan ember............................................................. 49 Gambar 4.7 Stopwatch............................................................................... 49 Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 10 putaran ( 1 cm ) pada suhu air input 27.1 ̊C…….. Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 20 putaran ( 2 cm ) pada suhu air input 27.2 ̊C…….. Gambar 5.3 63 64 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 30 ( 3 cm ) putaran pada suhu air input 26.6 ̊C………………… Gambar 5.4 64 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 10 putaran ( 1 cm ) pada suhu air input 27.1 ̊C……………………………………………………….. Gambar 5.5 65 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 20 putaran ( 2 cm) pada suhu air input 27.2 ̊C………………………………………………………... Gambar 5.6 65 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 30 putaran ( 3 cm ) pada suhu air input 26.6 ̊C………………………………………………………... xvi 66

(17) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 10 putaran ( 1 cm ) pada suhu air input 27.1 ̊C………………… Gambar 5.8 Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 20 putaran ( 2 cm ) pada suhu air input 27.2 ̊C……………….... Gambar 5.9 69 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm... Gambar 5.12 67 Hubungan debit air dengan suhu keluar water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm………. Gambar 5.11 67 Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 30 putaran ( 3 cm ) pada suhu air input 26.6 ̊C………………… Gambar 5.10 66 70 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm……………………… xvii 72

(18) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain................................................................. 10 Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal.................................................... 10 Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media…………….............. 13 Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal………................. 14 Tabel 2.5 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya…………………………............... Tabel 4.1 Isian untuk pengambilan data dan konsumsi gas................. Tabel 4.2 Isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm……………………………………. Tabel 4.3 50 50 Tabel isian untuk pengisian data debit air tinggi pembukaan tutup gas buang : 3 cm……………….............. Tabel 5.1 50 Tabel isian untuk pengisian data debit air tinggi pembukaan tutup gas buang : 2 cm……………….............. Tabel 4.4 18 51 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang……………………………………........................... xviii 53

(19) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 1 cm……………………………………………….............. Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 2 cm……………………………………………….............. Tabel 5.4 Tabel 5.5 Tabel Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas LPG............. Tabel 5.6 Tabel perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 10 putaran ( 1 cm )…………………………………………................. Perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 20 putaran ( 2 cm )…………………………………………................. Tabel 5.8 54 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 3 cm……………………………………………….............. Tabel 5.7 53 Tabel perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 30 putaran (3 cm )…………………………………………….............. xix 54 60 62 62 63

(20) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Pada awalnya water heater lebih banyak digunakan oleh Negara-negara beriklim dingin. Namun seiring berjalannya waktu kini Negara-negara tropis seperti Indonesia mulai marak menggunakan water heater karena masyarakat mulai menyadari akan banyaknya manfaat yang dapat diperoleh dari penggunaan air panas untuk berbagai kebutuhan manusia seperti kebutuhan rumah tangga untuk mandi dan mencuci, di rumah sakit untuk memandikan pasien yang sedang dirawat, di salon kecantikan untuk perawatan kulit ataupun rambut, di hotel - hotel sebagai fasilitas untuk para pengunjung hotel, serta didalam skala industri untuk mencuci ditempat – tempat laundry dan pada jasa pemotongan unggas untuk mempermudah merontokan bulu – bulu unggas (ayam, bebek,enthog dan angsa). Dengan begitu water heater sangat penting untuk menghasilkan air panas dalam skala besar dengan cara yang praktis. Dengan semakin banyaknya kebutuhan air panas yang diperlukan untuk mandi dan kebutuhan lainnya, dapat diatasi dengan menggunakan alat pemanas air modern yang dibuat khusus yang disebut Water heater yang terbuat dari susunan pipa tembaga yang disusun secara spiral dan bertumpuk yang dipanaskan melalui gas LPG, listrik maupun tenaga surya. 1

(21) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 2 Water heater dibagi menjadi 3 jenis yaitu solar water heater, listrik water heater dan Gas water heater. Solar water heater (pemanas air tenaga surya), water heater jenis ini biasanya diletakkan di atas atap. Water heater ini biasanya dimanfaatkan di Negara tropis dikarenakan sumber tenaganya sangatlah berlimpah dan gratis. Solar water heater adalah water heater yang memanfaatkan energi matahari untuk proses tenaganya, keuntungan menggunakan water heater jenis ini adalah ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polutan. Kerugiannya tidak setiap saat dipergunakan karena hanya bisa pada siang saat matahari muncul, harganya lebih mahal, butuh penampung jika ingin dipergunakan pada malam hari. Listrik water heater (pemanas air tenaga listrik), water heater jenis ini memanfaatkan energi listrik sebagai tenaga pemanasan airnya. Listrik water heater biasanya diletakkan di dekat kamar mandi, memiliki keuntungan : lebih praktis, tidak memakan tempat, tidak membutuhkan ruang yang besar. Kerugiannya tidak setiap saat bisa dipergunakan, jika ingin menggunakan memerlukan tampungan air terlebih dahulu, rawan terjadi konsleting dan mahal. Gas water heater (pemanas air gas LPG). Water heater jenis tenaga gas lebih praktis dipergunakan, karena memiliki keuntungan : setiap saat bisa dipergunakan selama ada air mengalir dengan volume airnya tak terbatas, tidak terlalu mahal, tidak memerlukan bak penampungan atau tankless, mudah mencari bahan- bahan yang dipergunakan untuk membuatnya. Tetapi, dikarenakan menggunakan gas LPG dan kompor bertekanan tinggi (high pressure), maka pembakarannya hampir sempurna, sehingga gas polutan yang dihasilkan masih

(22) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 3 pada taraf ramah lingkungan. Jenis water heater ini sangat menguntungkan dari pada water heater yang lain karena prinsip kerjanya hampir sama dengan memasak air menggunakan kompor gas di rumah. Water heater ini mampu memanaskan air dan mengalirkan air panas dengan suhu yang tinggi serta debit yang cukup tinggi dan stabil yaitu mampu mencapai 6 liter per menit dengan suhu yang bisa disesuaikan antara 40o -50o Celcius. Gas water heater adalah salah satu water heater yang mempunyai banyak variasi. Hal ini dilakukan untuk memenuhi standar efisiensi pemanasan yang baik.Variasi ini bermacam- macam untuk mendapatkan efisiensi panas yang sempurna misalkan dengan merubah panjang pipa ataupun dengan variasi jumlah lubang water heater. Berdasarkan latar belakang diatas menggugah penulis untuk lebih meneliti tentang variasi-variasi yang dipergunakan pada water heater gas supaya bisa memperoleh debit air yang sangat banyak dengan suhu yang diperlukan untuk mandi sekitar 38o – 40o dengan efesiensi water heater yang baik. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah : a. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap suhu air pada water heater ? b. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap efisiensi pada water heater ?

(23) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 4 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan berbagai variasi pembukaan tutup gas buang : a. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor c. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater d. Menghitung kalor yang diterima air e. Menghitung efisiensi pada water heater 1.4 Batasan Dalam Pembuatan Water Heater Batasan –batasan yang diambil dalam pembuatan peralatan water heater gas LPG ini adalah : a. Tinggi pemanas air : 37 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m, dengan 2 lintasan. b. Jumlah tabung : 3 buah, tabung 1 (tabung paling dalam) dengan diameter : 9 cm dengan jumlah lubang 221 lubang, tabung 2 (tabung tengah) memiliki diameter 26 cm dengan jumlah : 680 lubang dan tabung 3 (tabung paling luar) memiliki diameter 34 cm dengan jumlah lubang 160 lubang. c. Bahan pipa tembaga dengan diameter dalam 12,7 mm (1,27 cm) , diameter luar 14,7 mm (1,47 cm). d. Jumlah sirip : 8 buah dan panjang sirip 30 cm

(24) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 5 e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam 12,7 mm (1,27 cm), diameter luar 14,7 mm (1,47 cm). f. Bahan bakar: gas LPG, jenis kompor : kompor bertekanan tinggi (high pressure). 1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian tentang water heater dengan menggunakan gas LPG ini diharapkan : a. Untuk penulis, dapat memperluas pengetahuan tentang pembuatan pemanas air. b. Dapat digunakan sebagai referensi dalam pembuatan water heater oleh kalangan masyarakat luas. c. Hasil peneltian dapat digunakan sebagai bahan referensi bagi para peneliti yang terkait dengan water heater.

(25) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Pengertian Perpindahan Kalor Perpindahan kalor dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Kalor berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Perpindahan panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontandari satukondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan perpindahan panas ini akan tergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi, Semakin besar perbedaan maka semakin besar kecepatan pindah panasnya. 2.1.2 Perpindahan Kalor Ada 3 cara perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi melalui, yaitu secara konduksi, secara konveksi, dan secara radiasi. a. Perpindahan panas konduksi Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan – permukaan benda. Konduksi terjadi hanya bila dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan – permukaan yang mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas benda, semakin cepat mengalirkan panas yang diterima dari satu 6

(26) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 7 sisi ke sisi yang lain. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah menaruh batang besi membara ke batang besi lain yang dingin. Besi membara itu bergerak, tetapi tiba – tiba besi yang semula dingin akan menjadi panas. Pemanfaatan perpindahan panas konduksi dalam kehidupan sehari – hari bisa dengan mudah ditemukan, misalnya saja saat memasak air maka kalor akan perpindah dari api (kompor) ke panci dan membuat air mendidih. Proses perpindahan panas konduksi yang terjadi pada water heater terletak pada saat nyala api menyentuh sirip – sirip tembaga, kemudian panas yang diterima oleh sirip – sirip tembaga diteruskan / dialirkan menuju pipa tembaga. b. Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahan panas (kalor) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan induksi, hanya saja perindahan panas konduksi adalah perpindahan panas tanpa disertai zat perantara, sedangkan perpindahan panas konveksi disertai berpindahnya zat perantara. Perpindahan kalor secara konveksi bisa terjadi pada zat cair dan gas. Contoh perpindahan panas konveksi pada zat cair dapat ditemukan dalam kehidupan sehari – hari dan dapat dilihat pada proses pemasakan air, saat air dimasak maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu panas, saat air dibawah panas maka akan bergerak ke atas (dikarenakan terjadi perubahan massa jenis air) sedangkan air diatas akan bergerak ke bawah begitu seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi melalui udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami perubahan massa jenis akibat pengaruh kalor. Oleh karena massa jenisnya kecil,

(27) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 8 udara yang bersuhu tinggi tersebut akan naik. sebaliknya udara yang bersuhu lebih rendah akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun. Contoh perpindahan panas konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada water heater ini terletak pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari nyala api, kemudian panas diterima oleh air yang mengalir melalui pipa tembaga tersebut. c. Perpindahan Panas Radiasi Merupakan perpindahan panas yang dapat terjadi tanpa menggunakan zat perantara, jika sebuah benda di dalam sebuah ruangan, dan suhu dinding – dinding pengurung lebih rendah dari pada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun sekalipun dalam ruangan tersebut hampa. Proses perpindahan panas dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya, tanpa bantuan dari zat perantara disebut dengan perpindahan panas radiasi.contoh radiasi dalam kehidupan seharihari dapat dilihat saat menyalakan api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat. Proses perpindahan panas secara radiasi yang terjadi di dalam water heater ini terletak pada perpindahan panas antara dinding permukaan tabung dalam dengan permukaan tabung luar water heater. 2.1.3 Perancangan Saluran Air Saluran air pada alat water heater biasanya menggunakan pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam menentukan perancangan pipa saluran air di

(28) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 9 antaranya adalah kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa saluran air, dan hambatan pipa. a. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil pula gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi lancar. b. Bahan Pipa Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan kalor. Bahan pipa juga harus mampu menjadi konduktor yang baik, sehingga mampu memindahkan kalor yang deterima dari api ke fluida air yang mengalir di dalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga termasuk konduktor yang baik dalam menghantarkan panas. Menurut Holman (1963), tembaga mempunyai nilai konduktifitas sebesar 385 W/m.oC. Selain itu juga tidak mudah melebur jika dipanasi, tidak mudah pecah, tahan terhadap korosi, sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / coklat karena karat, dan pipa tembaga sangat mudah ditekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan tarik sebesar 345-689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5-50 %, dan titik lebur dari tembaga adalah 10830C. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium, begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu bertahan lebih lama bila dibandingkan dengan pipa aluminium.

(29) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 10 Tabel 2.1Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain. Tabel 2.2 Tabel Nilai konduktivitas termal Bahan Logam Perak (murni) Tembaga (murni) Alumunium (murni) Nikel (murni) Besi (murni) Baja karbon, 1%C Timbal (murni) Baja krom-nikel (18% Cr, 8% Ni) Bahan Gas Hidrogen Helium Udara Uap air (jenuh) Karbon dioksida Konduktifitas termal (k) W/m.oC Btu/h.ft.oF 410 385 202 93 73 43 35 16,3 237 223 117 54 42 25 20,3 9,4 Konduktifitas termal (k) W/m.oC Btu/h.ft.oF 0,175 0,141 0,024 0,0206 0,0146 0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844

(30) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 11 c. Diameter Pipa Saluran Air Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar. d. Hambatan Pipa Saluran Hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin supaya ketika air mengalir di dalam pipa, penurunan tekanan yang terjadi kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalaupun mungkin terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 900). Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Dan geometri saluran pipa yang dibuat melingkar-lingkar agar penurunan tekanan yang terjadi menjadi kecil. Jika penurunannya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk medorong air juga berdaya kecil. 2.1.4 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran Proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari udara bebas. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan. Akibatnya energi dalam bentuk kalor kurang optimal, sehingga kalor / panas sedikit teralirkan ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan didapatkan suhu air keluar yang kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan kurang baik. Untuk merancang sistem saluran udara yang baik di usahakan

(31) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 12 diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua permukaan dinding water heater agar udara bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter lubang saluran udara tidak terlalu besar agar udara yang masuk tidak terlalu berlebihan. 2.1.5 Sirip Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang dipasangi sirip sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip dipasang di saluran air yang akan dipanaskan, maka akan menangkap panas api yang diberikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan lebih cepat. Maka dari itu pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu keluar air dari water heater. Pemilihan bahan pembuatan sirip tidaklah sembarangan karena berpengaruh terhadap panas yang dihantarkan.Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip. 2.1.6 Isolator Isolasi termal adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi perpindahan panas (kalor). Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas itu disebut isolator. Energi panas (kalor) dapat ditransfer secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut.

(32) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 13 Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut adalah udara, karena udara merupakan isolator yang murah, dan sangat mudah didapatkan. Maka dari itu water heater diberikan lubang – lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran sekaligus sebagai isolator. Benda – benda yang merupakan isolator panas adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber : Holman,J.P, 1988) Media Konduktifitas termal (k) W/m.oC Gabus 0,042 Wool 0,040 Kayu 0,08 – 0,16 Bata 0,84 Udara 0,023 2.1.7 Kebutuhan Udara Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada

(33) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 14 proses pemanasan pada water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang diserap oleh pipa. Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal No Komposisi Udara Prosentase (%) 1 2 3 4 Nitrogen Oksigen Karbon dioksida Gas lain 78,1 20,95 0,03 0,94 2.1.8 Saluran Gas Buang Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu.Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang

(34) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 15 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, 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. 2.1.9 Sumber Api Sumber api atau sumber energi yang digunakan pada water heater ini adalah kompor. Ada berbagai macam jenis kompor yang tersedia dipasaran, dari mulai bentuk, dan bahan bakar yang digunakan. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Perbedaan nyala api tersebut salah satunya disebabkan oleh bahan bakar yang digunakan oleh setiap kompor berbeda – beda. Sumber api atau kompor

(35) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 16 yang digunakan untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi (high pressure) yang menggunakan bahan bakar LPG. Karena api yang ditimbulkan oleh kompor bertekanan tinggi ini mampu menyentuh pipa saluran air dengan siripnya, dan api yang dihasilkan kompor jenis ini sangat besar sehingga mempercepat proses pemanansan air. Gambar 2.1 Kompor high pressure Spesifikasi kompor sebagai berikut : Dimensi : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi) Daya pemanasan : 21,8 kW/h High Pressure Bahan : Besi Tuang 2.1.10 Bahan Bakar / Sumber Energi Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP (Liquified Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan

(36) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 17 menurunkan suhunya , gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki komposisi campuran antara propana C 3 H 8  dan butana C 4 H 10  Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana C5 H12  dan etana (C2H6)yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg cm 2 . Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan. Reaksi pembakaran propane C3 H 8  , jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : C3 H 8 + → 5 O2 propana +oksigen 3 CO2 + 4 H 2 O + panas →karbondioksida + uap air + panas Dan untuk Reaksi pembakaran butana C4 H10  ,jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : 2 C4 H10 + butana + oksigen 13 O2 → → 8 CO2 + 10 H 2 O + panas karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg

(37) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 18 Tabel 2.5 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya. (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/perananlpg-di-dapur-anda.pdf) Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak Kayu bakar 4000 kkal/kg 15 % Arang Minyak Tanah Gas Kota Listrik LPG 8000 kkal/kg 11000 kkal/kg 4500 kkal/m3 860 kkal/kWh 11900 kkal/kg 15 % 40 % 55 % 60 % 60 % Tabel 2.4 di atas menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG sebesar 60 % 2.1.11 Laju Aliran Kalor Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan (2.1) : Gambar 2.2 Aliran fluida qair  mair cair Ti  To  mair =  ( um   .d 2 4 )u m debit air  .r 2 ............................................................................(2.1) ............................................................................(2.2) …………………………….………...................(2.3)

(38) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 19 Pada persamaan (2.1) , (2.2) dan (2.3): qair = laju aliran kalor yang diterima air (watt) mair = laju aliran massa (kg/detik) Cair = kalor jenis air (J/kg°C) Ti = suhu air masuk water heater (ºC) To = suhu air keluar water heater (ºC) um = kecepatan rata – rata fluida mengalir (m/s) ρ = massa jenis fluida yang mengalir (kg/m3) r = jari - jari dalam pipa saluran air (m) d = diameter massa pipa 2.1.12 Laju aliran kalor yang diberikan gas Laju aliran kalor yang diberikan gas bisa dihitung dengan persamaan (2.4) : q gas = mgasC gas ……………….……………….......…………....(2.4) Pada persamaan (2.4) : mgas : massa gas elpiji yang terpakai persatuan waktu (kg/s) C gas : nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.4 2.1.13 Efisiensi Efisiensiwater heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :  q air x100% q gas ..…………………………….........,……..….……(2.5)

(39) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 20 Pada persamaan (2.5) :  : Efisiensi water heater (%) q air : Laju aliran kalor yang diterima air, watt q gas : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

(40) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 21 2.2 Tinjauan Pustaka 2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Dipasaran Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG : water heater 1,water heater 2,water heater 3 dan water heater 4 yang karekteristikya sebagai berikut : 1) Water heater 1 Gambar 2.3 Water heater 1 Spesifikasi Model : JLG30-BV6 Kapasitas Maksimum : 6 liter/menit Dimensi Luar : 760 mm × 430 mm × 320 mm Tipe Gas : LPG Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C Konsumsi Gas : 0,7 kg/jam

(41) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 22 2) Water heater 2 Gambar 2.4 Water heater 2 Spesifikasi Model : GI-6 Kapasitas Maksimum : 6 liter/menit Dimensi Luar : 440 mm × 300 mm × 130 mm Tipe Gas : LPG Temperatur Maksimum : 65°C Konsumsi Gas : 0,78 kg/jam

(42) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 23 3) Water heater 3 Gambar 2.5 Water heater 3 Spesifikasi Model : REU-55RTB Kapasitas Maksimum : 6 liter/menit Dimensi Luar : 369 mm × 290 mm × 138 mm Tipe Gas : LPG Temperatur Maksimum : 50°C Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam

(43) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 24 4) Water heater 4 Gambar 2.6 Water heater 4 Spesifikasi Model : WH506A - LPG Kapasitas Maksimum : 5 liter/menit Dimensi Luar : 402 mm × 270 mm × 190 mm Tipe Gas : LPG Temperatur Maksimum : 50°C Konsumsi Gas : 0,8 kg/jam

(44) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 25 2.2.2 Konstruksi Water Heater gas LPG Yang diPasaran Ada beberapa rancangan water heater gas LPG yang ada di pasaran indonesia : 1. Model Water Heater tankless Model water heater ini dirancang tanpa tangki penampung atau tankless. Gambar 2.7 Water heater tankless Cara kerja water heater jenis ini sangat sederhana dan praktis digunakan karena dengan mengalirkan air melalui pipa saluran yang tidak langsung dipanasi dengan api secara langsung. Model water heater menggunakan fan, fungsi fan membantu mengalirkan udara menuju keatas atau untuk membantu sirkulasi udara. hal ini mengakibatkan proses pemanasan terjadi lebih cepat tanpa menggunakan tangki penampungan terlebih dahulu.

(45) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 26 2. Model water heater dengan tangki Water heater model ini dirancang dengan tangki penampungan air Gambar 2.8 Water heater gas dengan tangki Pada umumnya Water heater ini cara kerjanya mirip ketika kita memanaskan air dengan panic, air dingin masuk melalui saluran pipa inlet dan masuk kedalam penampung air dan dipanaskan oleh api dengan bahan bakar gas LPG dan saat keluar melalui saluran outlet maka sudah panas. 3. Model water heater dengan turbolator Water heater model ini di rancang dengan menggunakan turbolator ,Gambar 2.9 menggunakan turbolator untuk meratakan aliran panas

(46) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 27 TURBOLATOR Gambar 2.9 Water heater gas dengan turbulator water heater jenis ini dilengkapi dengan turbulator. Turbulator berfungsi untuk meratakan aliran panas / kalor di dalam water heater dengan cara bergerak berputar di dalam saluran gas buang. 4. Model water heater dengan tangki penampung dan pipa spiral Water heater model ini dirancang dengan tangki penampung dan pipa spiral

(47) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 28 Gambar 2.10 Water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral Prinsip kerja water heater ini yaitu sama dengan cara memanasi air dengan panci. Air yang masuk ke dalam tangki penampungan bersentuhan langsung dengan pipa spiral yang sudah dipanasi dengan kompor gas, kompor gas sendiri terletak di bawah pipa spiral. Energi panas / kalor yang diterima pipa spiral disalurkan langsung ke air pada tangki penampungan, selain berfungsi sebagai penyalur panas, pipa spiral juga berfungsi sebagai saluran gas buang hasil pembakaran.

(48) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 29 2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG Putra melakukan suatu penelitian terhadap Water Heater gas LPG yang memiliki panjang pipa 20 meter serta 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Adapun tujuan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: (a) Merancang dan membuat water heater , (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor, serta (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Dengan demikian suatu penelitian tentunya memiliki batasan – batasan tertentu, adapun batasan – batasan didalam penelitian ini adalah : (a) Water heater memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diametr bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Sehingga didapatkan hasil penelitian sebagai berikut : (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 C pada debit 10 liter/menit (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water heater (𝑇𝑜 ) dapat dinyatakan dengan persamaan 𝑇𝑜 = -0,027 𝑚3 + 1,126 𝑚2 – 16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit, 𝑇𝑜 dalam C ) dan 𝑅 2 = 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan 𝑄𝑎𝑖𝑟 = 17,09 𝑚3 + 489 𝑚2 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, 𝑄𝑎𝑖𝑟 dalam watt) dan 𝑅 2 = 0,94. (d) Hubungan antara debit air

(49) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 30 yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat diyatakan dengan persamaan ŋ = 0,077 𝑚3 - 2,208 𝑚2 + 19,84 m + 16,50 ( m dalam liter/menit, ŋ dalam persen) dan 𝑅 2 = 0,94 . Penelitian yang dilakukan setiawan pada tahun 2012 tentang water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 150 Lubang Input Udara” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water heater, (b) Mendapat hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalaor yang diterima oleh air, (d) Menghitung kalor yang diterima water heater, (e) Menghitung kalor gas, (f) Menghitung efisiensi water heater. Adapun batasan – batasan penelitian yang dilakukan Setiawan adalah sebagai berikut : (a) water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 m, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) sebanyak 150 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) memiliki 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip dari pipa berfdiameter 3/8 inci, (i) Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dengan debit gas yang konstan. Sehingga pada penelitian tersebut didapatkan, (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , dengan hasil debit air sebesar 14 liter/menit yang bersuhu 45̊C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan T0 = 0,297 mair2 – 9,566 mair + 121,9 (mair dalam liter/menit, T0 dalam ̊C ) dan R2 = 0,990. (c) Hubungan debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan

(50) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 31 dinyatakan dengan persamaan qair = -171,9 mair2 + 3154 mair + 439 m + 6873 (mair dalam liter/menit, qair dalam watt) dan R2 = 0,967. (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 17551,8 – 14216,96 watt, jumlah kalor terbesar adalah 17551,8 watt. (e) kalor yang diberika gas LPG sebesar : 22142,46 watt. (f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : ƞ = -0,776 mair2 + 14,24 mair 31,04 (mair dalam liter/menit dan n dalam %) R2 = 0,967. Sedangkan penelitian yang dilakukan Kristianto (2013) tentang water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang” yang bertujuan : (a) Merancang dan Membuat water heater, (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapat hubungan antara debit antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiens water heater. Variasi yang digunakan peneliti adalah pada pembuangan gas buang. Hasil yang didapatkan : (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan suhu 35,4̊C pada debit 7,2 Liter/Menit, (b) Hubungan antara debit air mengalir (m) dengan suhu air keluar water heater dinyatakan dengan persamaan : T0 = -0,2215 m3 + 4,5633 m – 29,935 m2 + 121,9 (m dalam liter/menit, to dalam ̊C). (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan qair = -2,6026 m3 + 6,9591 m2 + 302,15 m + 2536,7 (m dalam liter/menit, qair dalam watt). (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat

(51) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 32 dinyatakan dengan persamaan : ƞ = -0,0376 m3 + 0,1006 m2 + 4,3666 + 36,66 (m dalam liter/menit, ƞ dalam %)

(52) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Alat Water Heater Water heaterdibuat dengan bahan pipa tembaga dengan diameter dalam 12,7 mm (1,27 cm), diameter luar 14,7 mm (1,47 cm) dan rangkawater heatermenggunakan bahan besi nako dan bahan plat mempergunakan bahan galvanis.Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.8 menyajikan rancangan komponen-komponen water heater. 9 cm 10 cm 20 cm 37 cm Gambar 3.1Rangka dalam diameter 9cm 13 cm 11 cm Gambar 3.2 Rancangan pipa saluran air 33

(53) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 34 34 cm 26 cm 9 cm 37 cm Gambar 3.3Rancangan rangka tabung dalam tanpa selimut Gambar 3.4Rancangan rangka tabung dalam dengan selimut Gambar 3.5Rancangan rangka tabung tengah dengan selimut

(54) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 35 6,5 cm 10 cm Gambar 3.6Rancangantutup gas buang 1cm Gambar 3.7Rancangan rangka dengan selimut Gambar 3.8Rancangan water heater

(55) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 36 3.1.2 Cara Kerja Water Heater Cara kerja water heater ini sangat praktis , water heater ini sebenarnya cara kerjanya sama saat kita memasak air dengan menggunakan kompor gas dengan panci di isi air di atasnya tetapi water heater ini menggunakan pipa tembaga untuk mengalirkan air dingin dan pipa tembaga tersebut langsung kontak dengan api yang dihasilkan oleh kopor gas yang di pasang dibawah water heater dengan suhu yang konstan,suhu yang diinginkan air dingin dalirkan di pipa-pipa tembaga dan saat keluar air sudah bersuhu tinggi/panas yang diinginkan dan sudah bisa dipergunakan. 3.2 Persiapan Sebelum memulai pembuatan water heater, ada beberapa persiapan yang harus dilakukan. Persiapan dimulai dari menentukan rancangan water heater yang akan dibuat. Rancangan water heater dapat dibuat dengan menggambar desain water heater, desain rangka dalam dan untuk cover luar rangka water heater. Setelah rancangan water heater selesai dibuat,menentukan bahan - bahan yang akan digunakan dalam pembuatan water heater lalu membelinya. Setelah semuanya siap, pembuatan water heater bisa dilakukan. 3.2.1Alat dan Bahan. Alat dan bahan yang dipergunakan dalam pembuatan water heater : a. Besi Strip. b. Plat galvanis.

(56) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 37 c. Pipa tembaga untuk sirip dengan panjang 2 meter dan berdiameter 0,25 inch. d. Kawat sebagai pengikat sirip. e. Besi nako. f. Klam untuk mengancing pipa tembaga dan selang. g. Cat untuk memberi warna cover alat untuk mempercantik tampilan. h. Alatpemotong pipa, yang digunakanuntukmemotongpipatembaga. i. Alat penekuk / pembengkok pipa digunakan untuk menekuk pipa agar berbentuk spiral. j. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada pada dinding water heater. k. Gerindra yang berfungsi untuk memotong dan menghaluskan permukaan pipa atau bagian water heater yang dilas. l. Gergaji yang digunakan untuk memotong besi nako dan besi strip. m. Gunting yang digunakan untuk memotong plat galvanis. n. Paku keling yang digunakan untuk menyambung antara besi strip dan plat galvanis. o. Las listrik yang digunakan untuk mengelas / menyambung besi strip dan besi nako. p. Tang yang digunakan untuk menjepit pipa tembaga ataupun bahan yang lainnya. q. Jangka sorong untuk membuat lingkaran ada plat galvanis sebelum dipotong untuk membuat tutup water heater. r. Obeng +/- yang digunakan untuk mengenangkan baut.

(57) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 38 s. Palu yang digunakan untuk merapikan bentuk plat galvanis maupun plat strip dan besi nako. Gambar 3.9 sampai dengan Gambar 3.18 menyajikan peralatan dan bahan yang dipergunakan. Gambar 3.9pipa tembaga Gambar 3.10plat strip

(58) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 39 Gambar 3.11plat Galvanis Gambar 3.12besi nako Gambar 3.13Baut Spring Center 3 8 × 10

(59) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 40 Gambar 3.14Pemotong Pipa Gambar 3.15Las Listrik Gambar 3.16Tang Rivet

(60) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 41 Gambar 3.17 Mesin Bor Tangan Gambar 3.18Mesin Gerinda

(61) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 42 3.3 Langkah – langkah Pengerjaan 3.3.1 Menyiapkan rancangan water heater Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, dengan diameter pipa 0,5 inci dan bersirip dengan diameter 0,25 inch dan panjang 2 meter adalah membuat gambaran rancangan water heater yang akan di buat menggunakan 2 tabung, yaitu tabung dalam dan tabung luar, membuat agar tutup water heater untuk menutup / membalikan api agar dapat merata serta membuat sebuah tabung didalam water heater yang berfungsi sebagai alat pemecah api agar api dapat menyebar dan berfungsi sebagai tempat untuk terjadinya sirkulasi udara. 3.3.2 Menyiapkan Alat dan Bahan Setelah menyiapkan rancangan, langkah selanjutnya adalah menentukan bahan yang akan digunakan dalam membuat water heater kemudian menyediakannya dengan membeli bahan – bahannya. 3.3.3 Pembuatan alat a. Memotong Pipa Tembaga Memotong pipa tembaga harus menggunakan alat yang khusus agar hasilnya baik dan rapi serta pipa tembaga tidak mengalami kerusakan bentuk. b. Membengkokkan Pipa Tembaga Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka digunakan alat roll (manual) untuk membengkokkannya. Jika dalam proses membengkokkan pipa tembaga secara manual makahasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan hasil yang kita peroleh apabila pengerollan dengan mesin. Setelah pipa tembaga berhasil dibengkokkan, kemudian dipasang sirip yang

(62) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 43 terbuat dari pipa tembaga dengan ukuran diameter 0,25 inch dan diikat dengan menggunakan kawat. c. Pembuatan Kerangka Tabung Luar, Kerangka Tabung Tengah dan KerangkaTabung Dalam Langkah pertama dalam membuat tabung dalam dan tabung luar adalah membuat kerangka water heater yang terbuat dari besi nako dan besi strip setinggi 35 cm. Besi nako di buat melingkar sesuai ukuran diameter tabung luar, tengah dan dalam. Kemudian susun kerangka sesuai rancangan dan dilas agar dapat berdiri tegak, lalu pasangkan pipa saluran air pada tabung tengah kemudian beri penyangga agar pipa dapat terpasang pada kerangka. Sebelum semua kerangka disatukan, haruslah dipersiapkan selimut tabung. Pembuatan selimut tabung dalam yang terbuat dari plat galvanum, dimulai dengan mengukur luasan selimut setiap lapisan tabung, baik dalam, tengah dan luar. Lalu memotong plat galvanum sesuai ukuran. Setelah itu lubangi plat lapisan dalam dan tengah untuk saluran udara. Pelubangannya menggunakan bor tangan dilakukan dengan cara bertahap, mulai dari mata bor kecil yaitu ukuran 5 mm kemudian dibesarkan hingga 10 mm. Setelah semua plat galvanis terlubangi sesuai ukuran, pasangkan pada setiap tabung sesuai dengan ukurannya. d. Pembuatan Kerangka Tutup dan Tutup Water Heater Kerangka tutup water heater dibuat sesuai dengan rancangan. Pengatur ketinggian sengaja dibuat dari baut Spring Center ukuran 3 8 × 10 sebab sudah terdapat ulir pada batangnya, serta ukurannya cukup kuat untuk menyangga tutup

(63) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 44 yang tebal dan berat karena terbuat dari plat Acer setebal 3 mm sehingga mudah dalam menaikkan dan menurunkan tutup gas buang. Tutup gas buat water heater terbuat dari plat Acer dengan tebal 3 mm agar bentuk tutup tidak berubah saat water heater di panaskan di atas api dengan waktu yang lama. Jika tutup gas buang tebuat dari plat tipis maka bentuk tutup akan mengalami perubahan karena panas yang diterima saat water heater dipanaskan di atas api dengan waktu yang lama, bentukknya akan bergelombang karena pemuaian. 3.4 Persiapan Percobaan Siapkan komporgas LPG untuk proses pengambilan data. Sambungkan selang untuk keluar air panas pada salah satu ujung pipa water heater dan sambungkan ujung selang air pada kran air ke ujung pipa water heater, setelah itu letakkan water heater ke atas kompor dan nyalakan api. Nyalakan api kompor gas dan alirkan air dari kran air, setelah itu atur suhu yang ingin diteliti dan mulai melakukan pengambilan data.

(64) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB IV METOLOGI PENELITIAN 4.1 Skema Pengujian Skema instalasi peralatan selama pengujian pada water heater disajikan pada gambar 4. 1. Gambar 4.1 Skema alat Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk mengaliri 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. 45

(65) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 46 4.2. Variasi Penelitian Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada pemanas air. Pengujian dilakukan dengan menggunakan 3 variasi tingginya pembuangan gas buang dari water heater yaitu : a. Pengambilan data pengujian model 1, dengan pembukaan gas buang dengan 10 putaran atau setinggi 1 cm. b. Pengambilan data pengujian model 2, dengan pembukaan gas buang dengan 20 putaran atau setinggi 2 cm. c. Pengambilan data pengujian model 3, dengan pembukaan gas buang dengan 30 putaran atau setinggi 3 cm. 4.3. Peralatan Pengujian 4.3.1. Alat-alat yang digunakan Dalam mengadakan pengujian water heater maka diperlukan alat-alat pengujin untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan selama pengujian berlangsung alat-alat antara lain : a. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar. b. Kompor gas high pressure dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai kalor. c. Kran, sebagai pengatur debit air. d. Timbangan gantung digital untuk menimbang berat gas LPG. e. Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk water heater.

(66) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 47 f. Tang, obeng, dan klem untuk menguatkan sambungan selang. g. Selang karet, sebagai penyambung dari gas ke kompor. h. Kalkulator dan alat tulis, digunakan untuk menulis dan mengolah data. i. Penyangga, sebagai tumpuan water heater. j. Regulator high pressure dan selang regulator untuk menyalurkan gas dari tabung ke kompor. k. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu. l. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya air per menit. m. Ember besar untuk menampung air saat debit air besar (>12 liter/menit). Gambar 4.2 Gas LPG

(67) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 48 Gambar 4.3 Kompor high pressure Gambar 4.4 Regulator gas Gambar 4.5 Timbangan gantung digital, Termocouple, dan penampil hasil pengukuran temperatur secara digital APPA51

(68) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 49 Gambar 4.6 Gelas ukur dan ember Gambar 4.7 Stopwatch 4.4 Metode Pengumpulan Data Data diperoleh pada saat penelitian dilakukan. Data – data yang diperoleh adalah : temperatur air masuk dan keluar water heater, besarnya volume air yang mengalir dalam satuan waktu, besarnya berat gas gas yang dipergunakan dalam

(69) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 50 satuan waktu setiap pembukaan tutup gas buang pada ketinggian tertentu. Data – data yang diperoleh dicatat dan dimasukkan pada kolom – kolom data pada tabel yang sudah dipersiapkan sebelumnya. Tabel 4.1 Tabel Isian untuk pengambilan data dan konsumsi gas No. Berat awal gas (kg) Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) 1 2 3 Keterangan Tinggi tutup gas buang : 1 cm Tinggi tutup gas buang : 2 cm Tinggi tutup gas buang : 3 cm Tabel 4.2 Tabel isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm No. Volume air (liter) Waktu (detik) Temperatur air masuk (oC) Temperatur air keluar (oC) 1 2 3 4 5 Tabel 4.3 Tabel isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas buang : 2 cm No. 1 2 3 4 5 Volume air (liter) Waktu (detik) Temperatur air masuk (oC) Temperatur air keluar (oC)

(70) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 51 Tabel 4.4 Tabel isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas buang : 3 cm No. Volume (liter) air Waktu (detik) Temperatur masuk (oC) air Temperatur keluar (oC) air 1 2 3 4 5 4.5 Metode Pengolahan Data Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data-data kemudian dipergunakan untuk mengetahui : a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar water heater. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor. c. Laju aliran kalor yang diterima air. d. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG. e. Efisiensi water heater. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air dilakukan menggunakan persamaan (2.1). Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG dihitung menggunakan persamaan (2.4). Efisiensi water heater dihitung menggunakan persamaan (2.5). Untuk mempermudah dalam melakukan pembahasan, data – data yang sudah diolah disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.

(71) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 52 4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan Setelah data diolah, dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian. Kesimpulan dilakukan dengan memperhatikan tujuan penelitian yang sudah dinyatakan sebelumnya. Kesimpulan sebaiknya menjawab apa yang sudah menjadi tujuan dari penelitian.

(72) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB V HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil Pengujian Hasil pengujian water heater 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 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang No. Berat awal gas (kg) Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) Keterangan 1 2 3 26,883 25,508 24,108 26,483 25,118 23,733 15 15 15 Tinggi tutup gas buang : 1 cm Tinggi tutup gas buang : 2 cm Tinggi tutup gas buang : 3 cm Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 1 cm. Debit Air No. Temperatur 10 Air Masuk (°C) 27,1 3,65 10 27,1 32,8 5,7 2,5 2 1,6 10 10 10 27,1 27,1 27,1 35,9 38,5 41,6 8,8 11,4 14,5 1,54 1,28 1,1 0,9 0,64 0,55 10 10 10 10 10 10 27,1 27,1 27,1 27,1 27,1 27,1 43,3 45,8 48,2 56 64,2 71,3 16,2 18,7 21,1 28,9 37,1 44,2 Waktu (detik) 1 5,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ΔT (°C) Air Keluar (°C) 31,4 Volume air (liter) 53 4,3

(73) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 54 Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 2 cm. Debit Air No. Temperatur ΔT (°C) Volume air ( liter ) Waktu ( detik ) 1 2 5,9 10 4,6 10 27,2 32,9 5,7 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 2,4 1,82 10 10 10 27,2 27,2 27,2 36,6 38,4 41,1 9,4 11,2 13,9 1,62 1,5 1,2 1,12 0,66 0,5 10 10 10 10 10 10 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 44,1 46,4 48,4 54 66,4 73,3 16,9 19,2 21,2 26,8 39,2 46,1 Air Masuk Air Keluar (°C) (°C) 27,2 32,4 5,2 Tabel 5.4 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 3 cm. Debit Air No. Temperatur ΔT (°C) Volume ( liter ) Waktu ( detik ) 1 5,25 10 26,6 31,4 4,8 2 4,9 10 26,6 33,1 6,5 3 3,3 10 26,6 36,3 9,7 4 2,62 10 26,6 39,3 12,7 5 2 10 26,6 41,7 15,1 6 1,56 10 26,6 43,9 17,3 7 1,32 10 26,6 46,7 20,1 8 1,2 10 26,6 48,9 22,3 9 1,02 10 26,6 56,4 29,8 10 0,66 10 26,6 69,3 42,7 11 0,44 10 26,6 73 46,4 Air Masuk Air Keluar (°C) (°C)

(74) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 55 5.2 Perhitungan Matematis 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 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4. data lain yang dipergunakan adalah : Diameter dalam pipa saluran air (d) : 0,5 inch = 0,0127 m Jari-jari pipa saluran (r) : 0,006350 m = 1 2 Inch Massa jenis air (  ) : 1000 kg/𝑚3 Kalor jenis air (cp) : 4179 J/(kg0 C) Debit gas (𝑚𝑔𝑎𝑠 ) : 1,5 kg/jam Kapasitas panas gas (Cgas) : 11900 kkal/kg ( 1 kkal = 4186,6 J ) Dari data tersebut digunakan untuk menghitung kecepatan air rata-rata, laju aliran massa air, laju aliran kalor yang diterima air, laju kalor yang diberikan gas LPG, dan efisiensi water heater. 5.2.1 Perhitungan Kecepatan air rata-rata 𝒖𝒎 Perhitungan kecepatan air rata-rata 𝑢𝑚 yang mengalir di dalam pipa air mempergunakan persamaan : 𝑢𝑚 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 = 𝜋.𝑟 2 m/s …………..…………….(5.1)

(75) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 56 Sebagai contoh perhitungan, untuk pembukaan tinggi tutup 1 cm dengan debit air =5,5 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.6) . Debit air = = 5,5 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 10 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 5,5 × 10 −3 𝑚 3 10 𝑠 =0,00055 𝑚3 / s Kecepatan air rata-rata 𝑢𝑚 : 𝑢𝑚 = 𝑢𝑚 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 𝜋 .𝑟 2 0,00055 𝑚 3 / s 3,14 ×0,00635 2 ………………(5.2) ……………….(5.3) = 4.344 m/s Sebagai contoh perhitungan, menggunakan data pada Tabel 5.7 pada pembukaan tutup sebesar 2 cm untuk debit air sebesar 5,9 liter/10 detik. 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 = = 5,9 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 10 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 0,59 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 0,00059 𝑚3 𝑠 Kecepatan air rata – rata 𝑢𝑚 : 𝑢𝑚 = = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟 𝜋. 𝑟 2 0,00059 𝑚3 𝑠 3,14 × 0,006352 𝑚2 = 4,660 𝑚 𝑠 Sebagai contoh perhitungan, menggunakan data pada Tabel 5.8 pada pembukaan tutup sebesar 3 cm untuk debit air sebesar 5,25 liter/10 detik.

(76) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 57 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 = = 5,25 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 10 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 0,525 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 0,000525 𝑚3 𝑠 Kecepatan air rata – rata 𝑢𝑚 : 𝑢𝑚 = = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟 𝜋. 𝑟 2 0,000525 𝑚3 𝑠 3,14 × 0,006352 𝑚2 = 4,146 𝑚 𝑠 Hasil perhitungan untuk data yang lain,secara lengkap disajikan pada Tabel 5.6, Tabel 5.7 dan Tabel 5.8 5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, 𝒎𝒂𝒊𝒓 Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan berikut : 𝑚𝑎𝑖𝑟 =( massa jenis)(luas penampang)(kecepatan air) =  ( 𝜋𝑟 2 )(𝑈𝑚 ) …………………………(5.4) Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 1 cm dengan debit air 5,5 liter/menit (data lain pada Tabel 5.6) Kecepatan air rata - rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,344 m/s. 𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 =0,55 kg/s 2 2 𝑚3 )(3,14 × 0,00635 )𝑚 (4,344) kg/s

(77) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 58 Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 2 cm dengan debit air 5,9 liter/menit (data lain pada Tabel 5.7) Kecepatan air rata - rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,660 m/s. 𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 =0,59 kg/s 2 2 𝑚3 )(3,14 × 0,00635 )𝑚 (4,660) kg/s Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 3 cm dengan debit air 5,25 liter/menit (data lain pada Tabel 5.8) Kecepatan air rata - rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,146 m/s. 𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 =0,525 kg/s 2 2 𝑚3 )(3,14 × 0,00635 )𝑚 (4,146) kg/s Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap dsajikan pada Tabel 5.6, Tabel 5.7 dan Tabel 5.8 5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan : 𝑞𝑎𝑖𝑟 = 𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟 × (𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑎𝑖𝑟) × ∆𝑇 = 𝑚𝑎𝑖𝑟 × 𝑐𝑎𝑖𝑟 × (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 )

(78) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 59 Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 1 cm dengan debit air =5,5 liter/menit (data yang lain pada Tabel 5.6 ) . Besarnya kecepatan air rata -rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚𝑎𝑖𝑟 = 0,55 𝑘𝑔 𝑞𝑎𝑖𝑟 𝑠 = 0,55 𝑘𝑔 𝑠 × 4179 𝐽 𝑘𝑔℃ × (31,4 − 27,1)℃ = 9883,34 J/s Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 2 cm dengan debit air =5,9 liter/menit. (data yang lain pada Tabel 5.7) Besarnya kecepatan air rata - rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚𝑎𝑖𝑟 = 0,59 𝑘𝑔 𝑞𝑎𝑖𝑟 𝑠 = 0,59 𝑘𝑔 𝑠 × 4179 𝐽 𝑘𝑔℃ × (31,4 − 27,1)℃ = 12821,17 J/s Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 3 cm dengan debit air =5,525 liter/menit. (data yang lain pada Tabel 5.8) Besarnya kecepatan air rata rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚𝑎𝑖𝑟 = 0,525 𝑘𝑔 𝑞𝑎𝑖𝑟 = 0,55 𝑘𝑔 𝑠 × 4179 𝐽 𝑘𝑔℃ × (31,4 − 27,1)℃ = 10531,08 J/s 𝑠

(79) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 60 5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan : 𝑞𝑔𝑎𝑠 = (debit gas)(kalor jenis gas) watt Untuk perhitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1cm) yaitu 1,579 kg/jam lalu dikonversikan ke dalam kg/detik. 𝑞𝑔𝑎𝑠 = (1,579/3600)(11900*4186,6) = 21851,84241 watt Untuk perhitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 20 putaran (2 cm) yaitu 1,56 kg/jam lalu dikonversikan ke dalam kg/detik. 𝑞𝑔𝑎𝑠 = (1,56/3600)(11900*4186,6) = 21588,90067 watt Untuk perhitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 30 putaran (3 cm) yaitu 1,5 kg/jam lalu dikonversikan ke dalam kg/detik. 𝑞𝑔𝑎𝑠 = (1,5/3600)(11900*4186,6) = 20758,55833 watt Tabel 5.5 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas LPG No. Berat awal gas (kg) Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) Keterangan Tinggi Pembukaan Tutup Gas Buang (cm) qgas (watt) 1 2 3 26,883 25,508 24,108 26,488 25,118 23,733 15 15 15 1 2 3 21851,84241 21588,90067 20758,55833

(80) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 61 5.2.5 Efisiensi Perhitungan efisiensi water heater dapat mempergunakan persamaan : Ƞ= 𝑞 𝑎𝑖𝑟 𝑞 𝑔𝑎𝑠 × 100% Besarnya 𝑞𝑎𝑖𝑟 diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu sebesar 9883,34 watt, sehingga hasilnya sebagai berikut : Untuk contoh perhitungan pembukaan tinggi tutup gas buang sebesar 10 putaran atau 1 cm (data yang lain pada Tabel 5.6): Ƞ= 9883,34 21851 ,84241 × 100% = 45,229 % Untuk contoh perhitungan pembukaan tinggi tutup gas buang sebesar 10 putaran atau 2 cm (data yang lain pada Tabel 5.7) : Ƞ= 12821 .17 21588 ,90067 × 100% = 59,388 % Untuk contoh perhitungan pembukaan tinggi tutup gas buang sebesar 10 putaran atau 3 cm (data yang lain pada Tabel 5.8 ) : Ƞ= 10531 .08 20758 ,55833 × 100% = 50.064% hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada Tabel 5.6., Tabel 5.7. dan Tabel 5.8

(81) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 62 Tabel 5.6 Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 10 putaran (tinggi 1 cm) No. Debit Air (liter/menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 33 21,9 15 12 9,6 9,24 7,68 6,6 5,4 3,84 3,3 Temperatur Air Air Masuk Keluar (°C) (°C) 27,1 31,4 27,1 32,8 27,1 35,9 27,1 38,5 27,1 41,6 27,1 43,3 27,1 45,8 27,1 48,2 27,1 56 27,1 64,2 27,1 71,3 ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (watt) Efisiensi (%) 4,3 5,7 8,8 11,4 14,5 16,2 18,7 21,1 28,9 37,1 44,2 0,55 0,365 0,25 0,2 0,16 0,154 0,128 0,11 0,09 0,064 0,055 4,344 2,883 1,975 1,580 1,264 1,216 1,011 0,869 0,711 0,505 0,434 9883,34 8694,41 9193,80 9528,12 9695,28 10425,77 10002,85 9699,46 10869,58 9922,62 10159,15 45,229 39,788 42,073 43,603 44,368 47,711 45,776 44,387 49,742 45,409 46,491 Tabel 5.7 Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 20 putaran (tinggi 2 cm) No. Debit Air (liter/menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 35,4 27,6 18 14,4 10,92 9,72 9 7,2 6,72 3,96 3 Temperatur Air Air Masuk Keluar (°C) (°C) 27,2 32,4 27,2 32,9 27,2 36,6 27,2 38,4 27,2 41,1 27,2 44,1 27,2 46,4 27,2 48,4 27,2 54 27,2 66,4 27,2 73,3 ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (watt) Efisiensi (%) 5,2 5,7 9,4 11,2 13,9 16,9 19,2 21,2 26,8 39,2 46,1 0,59 0,46 0,3 0,24 0,182 0,162 0,15 0,12 0,112 0,066 0,05 4,660 3,633 2,369 1,896 1,437 1,279 1,185 0,948 0,885 0,521 0,395 12821,17 10957,34 11784,78 11233,15 10572,03 11441,27 12035,52 10631,38 12543,69 10811,91 9632,60 59,388 50,754 54,587 52,032 48,970 52,996 55,749 49,245 58,102 50,081 44,618

(82) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 63 Tabel 5.8 Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 Water Heater 30 putaran (tinggi 3 cm) No. Debit Air (liter/menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 31,5 29,4 19,8 15,72 12 9,36 7,92 7,2 6,12 3,96 2,64 Temperatur Air Air Masuk Keluar (°C) (°C) 26,6 31,4 26,6 33,1 26,6 36,3 26,6 39,3 26,6 41,7 26,6 43,9 26,6 46,7 26,6 48,9 26,6 56,4 26,6 69,3 26,6 73 ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (watt) Efisiensi (%) 4,8 6,5 9,7 12,7 15,1 17,3 20,1 22,3 29,8 42,7 46,4 0,525 0,49 0,33 0,262 0,2 0,156 0,132 0,12 0,102 0,066 0,044 4,146 3,870 2,606 2,069 1,580 1,232 1,043 0,948 0,806 0,521 0,348 10531,08 13310,12 13376,98 13905,20 12620,58 11278,29 11087,72 11183,00 12702,49 11777,26 8531,85 50,064 63,275 63,593 66,104 59,997 53,616 52,710 53,163 60,386 55,988 40,560 Temperatur air keluar, TO (°C) 80 70 60 50 To = 101,22m-0.368 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 35 Debit Air m, ( Liter/Menit ) Gambar 5.1. Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 10 putaran (tinggi 1 cm) pada suhu air input 27.1 ̊ C

(83) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 64 Temperatur air keluar, TO (°C) 80 70 60 TO = 101,26m-0.346 50 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Debit Air m, (Liter/Menit) Gambar 5.2. Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 20 putaran (tinggi 2 cm) pada suhu air input 27,2 ̊ C Temperatur air keluar, TO (°C) 80 70 60 50 40 30 TO = 101,86m-0.347 20 0 5 10 15 20 25 30 35 Debit Air m, (Liter/Menit) Gambar 5.3. Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater bukaan 30 (tinggi 3 cm) putaran pada suhu air input 26,6 ̊ C

(84) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 65 qair (watt) 12000 10000 8000 qair= 4,1201m2 - 174,8m + 11001 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 Debit Air m, (Liter/Menit) Gambar 5.4. Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 10 putaran (tinggi 1 cm) pada suhu air input 27,1 ̊ C 14000 qair(watt) 12000 10000 qair= -0,2892m2 + 56,271m + 10646 8000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Debit Air m, (Liter/menit) Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 20 putaran (tinggi 2 cm) pada suhu air input 27,2 ̊ C

(85) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 66 16000 qair (watt) 14000 12000 10000 qair= -13,962m2 + 537,03m + 8420,1 8000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 Debit Air m, (Liter/Menit) Gambar 5.6. Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan 30 putaran (tinggi 3 cm) pada suhu air input 26,6 ̊ C Efisiensi , ƞ (%) 70 60 50 40 ƞ = -0,0247m2 + 0,8437m + 40,513 30 0 2 4 6 8 10 12 14 Debit Air m, (liter/menit) Gambar 5.7. Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 10 putaran (tinggi 1 cm) pada suhu air input 27,1 ̊ C

(86) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 67 80 Efisiensi, ƞ (%) 70 60 50 40 ƞ = 0.0282m2 - 0.6545m + 55.605 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Debit Air m, (Liter/menit) 30 35 40 Gambar 5.8. Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 20 putaran (tinggi 2 cm) pada suhu air input 27,2 ̊C 70 Efisiensi, ƞ (%) 60 50 40 ƞ = -0,0664m2 + 2,553m + 40,029 30 0 5 10 15 20 25 Debit Air m, (liter/menit) 30 35 Gambar 5.9. Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 30 putaran (tinggi 3 cm) pada suhu air input 26,6 ̊C

(87) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 68 Grafik hubungan debit air dengan temperatur air keluar water heater, debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, dan debit air dengan efisiensi water heater merupakan hasil plot grafik dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel. Persamaan temperatur air keluar To diperoleh dengan metode regresi power, sedangkan laju aliran kalor yang diterima air 𝑞𝑎𝑖𝑟 dan efisiensi η diperoleh dengan metode regresi polinomial. Regresi adalah pengukur hubungan dua variabel atau lebih yang dinyatakan dengan bentuk hubungan atau fungsi. 5.3 Pembahasan : Dari Gambar 5.1., Gambar 5.2. dan Gambar 5.3 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 :  Water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm : To  Water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm : To  = 101,22m-0.368 untuk 3,3 < m < 33 = 101,26m-0.346 untuk 3 < m < 35,4 Water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm : To = 101,86m-0.347 untuk 2,64 < m < 31,5

(88) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Temperatur air keluar, TO ( ˚C ) 69 80 70 Bukaan 1 cm Bukaan 2 cm Bukaan 3 cm 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Debit Air m, (Liter/Menit) Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu keluar water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm Dari Gambar 5.10 tampak bahwa pembukaan tutup gas buang tidak terlalu berpengaruh secara signifikan terhadap temperatur air keluar. Hal ini terjadi karena suplai udara sudah terpenuhi melalui lubang – lubang saluran udara yang ada pada tabung dinding water heater walaupun lubang dibagian cover sangat dikit tetapi terpenuhi karna ada pembukaan tinggi tutup gas buang. Sehingga grafik yang dihasilkan hampir berhimpit, namun tinggi bukaan 3 cm menghasilkan temperatur yang tinggi dan tidak terbuang jadi dapat menghasilkan debit air yang banyak . Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan water heater yang beredar di pasaran. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan air keluar (kebutuhan mandi air hangat) dengan temperatur yang berkisar antara 36oC – 40oC dengan memperoleh debit air 15 - 20 Liter. Water heater yang di pasaran dengan konsumsi gas 0,7 – 0,8 kg/jam mampu menghasilkan debit air maksimal 6 liter/menit pada temperatur 40oC, namun water heater yang dibuat mampu menghasilkan debit air sekitar 15 liter/menit

(89) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 70 dengan temperatur 40oC. Jika di tinjau dengan konsumsi gas water heater yang dibuat tampak lebih boros bila dibandingkan dengan yang ada di pasaran, tetapi hasil debit air keluar yang dihasilkan jauh lebih besar. Berdasarkan Gambar 5.4, Gambar 5.6, dan Gambar 5.6 hubungan antara laju aliran kalor q (dalam watt) dengan debit air m (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :  Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm : = -0,2892m2 + 56,271m + 10646 untuk 3,3 < m < 33 qair  Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm : = -0,2892m2 + 56,271m + 10646 untuk 3 < m < 35,4 qair  Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm : = 13,962m2 + 537,03m + 8420,1 untuk 2,64 < m < 31,5 qair 16000 14000 qair(watt) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 10 20 Debit air m, (liter/menit) 30 40 Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm

(90) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 71 Gambar 5.11 menyajikan hubungan debit air dengan jumlah kalor yang diserap air pada ketiga kondisi pembukaan tutup gas buang, yaitu setinggi 1 cm, 2 cm, dan 3 cm. Dapat dilihat bahwa pembukaan tutup gas buang berpengaruh secara signifikan terhadap banyaknya kalor yang diserap oleh air. Pada Gambar 5.11 terlihat bahwa pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm mempunyai hasil yang terbaik bila dibandingkan dengan kondisi tutup gas buang dibuka setinggi 1 cm dan 3 cm, yaitu berkisar antara 8531,85 watt – 13905,20 watt. Sedangkan pada kondisi tutup gas buang dibuka setinggi 1 cm kalor yang diserap air berkisar antara 8694,41watt – 10689,58 watt dan pada kondisi tutup gas buang dibuka setinggi 2 cm kalor yang diserap air berkisar antara 9632,60 watt – 12821,17 watt. Berdasarkan Gambar 5.7, Gambar 5.8, dan Gambar 5.9 hubungan antara efisiensi water heater η (dalam %) dengan debit air m (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :  Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm : η  Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm : η  =-0,0247m2 + 0,8437m + 40,513 untuk 3,3 < m < 33 = 0.0282m2 - 0.6545m + 55.605 untuk 3 < m < 35,4 Water Heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm : η = -0,0664m2 + 2,553m + 40,029 untuk 2,64 < m < 31,5

(91) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 72 70 Efisiensi ( % ) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Debit air m, ( liter/menit) Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm Pada Gambar 5.12 menampilkan hubungan antara debit air yang keluar water heater dengan efisiensi water heater pada ketiga kondisi pembukaan tutup gas buang, yaitu sebesar 1 cm, 2 cm, dan 3 cm. Berdasarkan Gambar 5.12 dapat terlihat bahwa besarnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh signifikan terhadap efisiensi water heater. Dapat dilihat bahwa water heater kondisi tutup gas buang terbuka setinggi 3 cm mempunyai efisiensi jauh lebih tinggi bila dibandingkan water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm dan 2 cm, yaitu diatas 61%. Sedangkan water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm mempunyai efisiensi sebesar 39 % - 49 %, dan pada water heater dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm mempunyai efisiensi sebesar 44 % - 59 %. Kondisi water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas

(92) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 73 buang sebesar 3 cm adalah kondisi terbaik bila dibandingkan dengan kondisi water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang sebesar 1 cm dan 2 cm. Efisiensi water heater tidak dapat mencapai 100% sebab ada kalor yang hilang melalui proses konduksi, konveksi, radiasi yang terjadi pada water heater, serta dinding tabung juga ikut menyerap kalor pada saat pengujian alat sehingga tidak semua kalor digunakan unuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Selain itu temperatur gas buang yang masih tinggi juga mempengaruhi besarnya efisiensi. Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan water heater yang beredar di pasaran. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan air keluar (kebutuhan mandi air hangat) dengan temperatur yang berkisar antara 36oC – 40oC dengan debit 10 liter/menit – 20 liter/menit. Bila ditinjau dari segi konsumsi gas, water heater yang dibuat tampak lebih boros bila dibandingkan dengan yang ada di pasaran, tetapi hasil debit air keluar yang dihasilkan jauh lebih besar. Water heater yang di pasaran dengan konsumsi gas 0,7 – 0,8 kg/jam mampu menghasilkan debit air maksimal 6 liter/menit pada temperatur 40oC, namun water heater yang dibuat dengan konsumsi gas sebesar 1,5 kg/jam mampu menghasilkan debit air sekitar 15 liter/menit dengan temperatur 40oC. Ini dapat diartikan bahwa secara pengadaan alat juga lebih hemat, bila water heater di pasaran membutuhkan 3 alat, dengan water heater penelitian hanya membutuhkan satu alat saja, sehingga lebih hemat biaya dalam hal belanja atau pengadaan water heater.

(93) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilaksanakan terhadap water heater tenaga gas LPGdengan panjang pipa 10 meter, 160 lubang udara dan penambahan tutup gas buang, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : a. Water heater dengan spesifikasi panjang pipa 10 meter, diameter dalam pipa 0,5 inch (1,27 cm) dan penambahan tutup gas buang dapat dirancang dan dibuat dengan baik dan hasilnya mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran.Ketiga model water heater mempunyai kemampuan menghasilkan air panas untuk keperluan mandi air hangat (berkisar antara suhu 36oC – 40oC) pada debit 15 liter/menit – 20 liter/menit. b. Variasi ketinggian pembukaan tutup gas buang sangat berpengaruh secara signifikan terhadap kalor yang diserap air dan efisiensi water heater sedangkan untuk suhu air keluar tidak terlalu berpengaruh. c. Tinggi pembukaan tutup gas buang yang paling baik pada water heater yang dibuat terdapat pada pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm. d. Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan temperatur air yang keluar dariwater heater terdapat pada kondisi water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 3 cm yang dinyatakan dengan persamaan : T0 = 101,86m0.347 untuk 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC, m adalah debit 74 aliran air dalam liter/menit.

(94) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 75 e. Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air terdapat pada kondisi water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 3 cm yang dinyatakan dengan persamaan : qair= 13,962m2 + 537,03m + 8420,1 untuk 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC, m adalah debit aliran air dalam liter/menit. f. Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater terdapat pada kondisi water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 3 cm yang dinyatakan dengan persamaan : η = -0,0664m2 + 2,553m + 40,029 untuk 2,64 < m < 31,5pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC, m adalah debit aliran air dalam liter/menit. g. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 20758,55833 watt = 20,76 KW. 6.2. Saran Beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air : a. Perancangan water heater gas LPG harus memperhatikan banyaknya oksigen atau udara yang dapat digunakan untuk proses pembakaran agar proses pembakaran tersebut dapat sempurna, yaitu dengan adanya lubang – lubang saluran udara pada setiap tabung dinding water heater. Jika lubang udara masih terlalu sedikit maka bisa ditambahkan dengan pembukaan tinggi tutup gas buang.

(95) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 76 b. Pembentukan pipa spiral untuk saluran air jaraknya antar spiral dan antar diameter dalam dan luar diusahakan tidak terlalu rapat, agar semakin banyak celah untuk udara disekitarnya yang digunakan dalam proses pembakaran. c. Suhu gas buang yang masih sangat tinggi dapat digunakan untuk memanaskan pipa saluran air yang masuk sebelum dipanaskan oleh proses pembakaran dari kompor. Penelitian water heater gas LPG dengan penambahan tutup gas buang masih dapat dilanjutkan untuk penyempurnaan hasil rancangan water heater gas LPG.

(96) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR PUSTAKA Holman, J.P, 1988, Perpindahan Kalor, Edisi keenam, Erlangga : Jakarta. Kristianto, H. (2013) : Water heater Dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang,Fakultas Sains & Teknologi, Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta. Prijono, A. Dan Kreith, F., 1985, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Edisi Ketiga, Erlangga : Jakarta. Putra, P .H. (2012) : Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada DINDING Luar, Fakultas Sains & Teknologi Sanata Dharma: Yogyakarta. Setiawan, E.(2012) : Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 150 Lubang Input Udara, Fakultas Sains & Teknologi Sanata Dharma: Yogyakarta. Anonim, nhttp://aptogaz.files.word,press.com/2007/07peranan-lpg-di-dapuranda.pdf, diakses pada tanggal 12 maret 2014 Anonim, nhttp://teki.undip.ac.id/image/download/perpindahan_panas.pdf, diakses pada tanggal 12 maret 2014 Anonim, nhttp://www.rinnai.co.id/product-rinnai/REU,5CFB, tanggal 12 maret 2014 77 diakses pada

(97) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI LAMPIRAN 78

(98) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 79

(99)

Dokumen baru