WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 480 LUBANG UDARA SERTA PENAMBAHAN TUTUP GAS BUANG

Gratis

0
1
90
7 months ago
Preview
Full text
(1)PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 480 LUBANG UDARA SERTA PENAMBAHAN TUTUP GAS BUANG SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Diajukan oleh ANDREAS ARDI DARMAWAN NIM : 105214040 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014

(2) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI WATER HEATER WITH 10 METERS LENGTH OF PIPE 480 AIR INTAKE HOLES AND EXHAUST GAS COVER ADDITION FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By ANDREAS ARDI DARMAWAN STUDENT NUMBER : 105214040 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii

(3) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Ir. PK. Purwadi, M.T iii

(4) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI . Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si.,M.Sc 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, 15 Juli 2014 Andreas Ardi Darmawan 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 : Andreas Ardi Darmawan Nomor Mahasiswa : 105214040 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul : Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter 480 Lubang Udara serta Penambahan Tutup Gas Buang 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, 15 Juli 2014 Yang menyatakan, Andreas Ardi Darmawan vi

(7) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI ABSTRAK Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak diminati di kalangan rumah tangga adalah water heater. Selain kebutuhan rumah tangga, water heater banyak digunakan untuk kebutuhan rumah sakit, hotel dan industri. Penelitian ini bertujuan untuk (a) merancang dan membuat water heater tenaga gas LPG, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (d) menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater, (e) menghitung kalor yang diterima air, (f) menghitung efisiensi water heater. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin Sanata Dharma. Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 37 cm, diameter tabung paling luar 34 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9 cm, 480 lubang udara pada tabung paling luar, panjang pipa 10 meter, diameter dalam pipa saluran air 1,27 cm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam sirip 1,27 cm. Variasi dilakukan pada tinggi pembukaan tutup gas buang, yaitu sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm). Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yaitu (a) Water heater yang sudah dibuat mampu menghasilkan debit sebesar 15,60 liter/menit pada suhu 38,7°C, (b) Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater terbaik dinyatakan dengan persamaan : To = 97,61Q-0,328. (c) Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air terbaik dinyatakan dengan persamaan : qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1. (d) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 21,312 kW, (e) Laju aliran kalor yang diterima air paling tinggi pada suhu 35,9°C untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 13,452 kW, (f) Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater terbaik dinyatakan dengan persamaan : η = 0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434. Kata kunci : water heater, tankless water heater, pemanas air tenaga gas, gas water heater, LPG. vii

(8) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI ABSTRACT One of the household favorite technology is water heater. In addition to the needs of household appliances water heater much used for the needs of hospitals hotel and industry. This study aims to ( a ) designing and making LPG gas water heater ( b ) get the relation between a discharge of water with water temperature out water heater, ( c ) get relations between discharge to the rate of water flow kalor, ( d ) count kalor given by LPG gas into water heater, ( e ) count kalor that received by water ( f ) count the efficiency of water heater. This research conducted in laboratories of mechanical engineering sanata darma. The dimensions of water heater as high as 37 cm , the outer of diameter of a tube is 34 cm, the diameter of a middle tube is 26 cm, the diameter of a central a tube is 9 cm, 480 air holes in a tube most outside, a length of pipe 10 meters, the diameter of in a pipe 1.27 cm, and 8 fins of a copper pipe with a diameter in the fins of 1.27 cm. The variation is on the opening of the exhaust gases, amounting to 10 rounds as high as 1 cm, 20 rounds as high as 2 cm, and 30 rounds as high as 3 cm. Research results give some conclusions: (a) water heater already made capable of producing the discharge of 15,60 liter / minute at a temperature of 38,7oC, (b) the relation between a discharge of water with the temperature of water out water heater best expressed with an equation: To = 97,61Q-0,328. (c) a relation between a discharge of water at the rate of flow of heat engine received water best expressed with an equation: qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1. ( d ) the rate of flow of heat engine given gas cylinders as high as 2 cm of opening cover the exhaust gases as much as 21,312 kW ( e ) the rate of flow of heat engine received the most high water at a temperature high 35,9 oC for the opening cover the exhaust gases as high as 2 cm as much as 13,452 kW (f) the relation between a discharge of water efficiency of water heater best expressed with an equation: η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434. Keywords : water heater, tankless water heater, pemanas air tenaga gas, gas water heater, LPG. viii

(9) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang atas berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul : Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter 480 Lubang Udara serta Penambahan Tutup Gas Buang, dengan baik. Skripsi ini 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. PK. Purwadi, M.T selaku Dosen Pembimbing Skripsi dan Kepala Program Studi Teknik Mesin yang telah banyak memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Veronica Retno Hendartini selaku orang tua yang telah banyak memberi dukungan moril maupun materi dalam menyelesaikan skripsi ini. 4. Thomas Iskandar Kurniawan selaku kakak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 5. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Mesin dan staf sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 6. Danang Wijaya yang telah membantu dalam pembuatan Water Heater Gas ix

(10) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 7. Deni Rahman P., Galih Kristianto, Dominico Savio KW., Ignatius Robby F. yang tak henti - hentinya memberikan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 8. Rekan–rekan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta khususnya angkatan 2010, senior dan junior yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 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 menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 15 Juli 2014 Penulis x

(11) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR ISI hal HALAMAN JUDUL........................................................................................ i TITLE PAGE................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN......................................................................... iii 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.................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xiii DAFTAR TABEL............................................................................................ xvii BAB I BAB II PENDAHULUAN......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang......................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah.................................................................. 4 1.3 Tujuan...................................................................................... 4 1.4 Batsan Dalam Pembuatan Water Heater................................. 4 1.5 Manfaat.................................................................................... 5 DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA........................... 6 2.1 Dasar teori............................................................................... 6 x

(12) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 2.1.1 Perpindahan Kalor......................................................... 6 2.1.2 Perancangan Pipa Saluran Air....................................... 8 2.1.3 Saluran Udara Untuk Kebutuhan BAB III Pembakaran................................................................... 11 2.1.4 Sirip............................................................................... 11 2.1.5 Isolator........................................................................... 12 2.1.6 Bahan Bakar / Sumber Energi....................................... 13 2.1.7 Kebutuhan Udara........................................................... 15 2.1.8 Saluran Gas Buang........................................................ 15 2.1.9 Sumber Api.................................................................... 16 2.1.10 Laju Aliran Kalor........................................................ 16 2.1.11 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas....................... 18 2.1.12 Efisiensi....................................................................... 18 2.2 Tinjauan Pustaka..................................................................... 19 2.2.1 Water Heater yang Ada di Pasaran................................ 19 2.2.2 Skema Water Heater...................................................... 22 2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas................................ 25 PEMBUATAN ALAT.................................................................. 28 3.1 Rancangan Water Heater......................................................... 28 3.2 Cara Kerja Water Heater ........................................................ 32 3.3 Persiapan................................................................................. 32 3.4 Peralatan – peralatan yang Dipergunakan............................... 32 3.4.1 Bahan yang Dipergunakan............................................ 32 xi

(13) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 3.4.2 Alat yang Dipergunakan................................................ 35 3.5 Perakitan.................................................................................. 37 METODE PENELITIAN.............................................................. 39 4.1 Skematik Alat Penelitian......................................................... 39 4.2 Variasi Penelitian..................................................................... 39 4.3 Alat Bantu Penelitian............................................................... 40 4.4 Cara Mendapatkan Data.......................................................... 44 4.5 Cara Mengolah Data................................................................ 45 4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan.............................................. 46 HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................... 47 5.1 Hasil Pengujian........................................................................ 47 5.2 Penghitungan Matematis......................................................... 48 5.2.1 Penghitungan Kecepatan Air Rata – rata...................... 49 5.2.2 Penghitungan Laju Aliran Massa Air............................ 51 5.2.3 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima air...... 52 5.2.4 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas.. 53 5.2.5 Efisiensi......................................................................... 54 5.3 Pembahasan............................................................................. 61 KESIMPULAN DAN SARAN..................................................... 67 6.1 Kesimpulan.............................................................................. 67 6.2 Saran........................................................................................ 68 DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 70 LAMPIRAN..................................................................................................... 71 BAB IV BAB V BAB VI xii

(14) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR GAMBAR hal Gambar 2.1 Kompor gas highpressure yang digunakan pada water heater 16 Gambar 2.2 Aliran fluida............................................................................. 17 Gambar 2.3 Water heater 1.......................................................................... 19 Gambar 2.4 Water heater 2.......................................................................... 20 Gambar 2.5 Water heater 3.......................................................................... 21 Gambar 2.6 Skema water heater gas dengan tangki.................................... 22 Gambar 2.7 Skema water heater gas dengan tangki penampungan........... 23 Gambar 2.8 Skema water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral......................................................................................... 24 Gambar 2.9 Skema water heater tanpa tangki penampungan..................... 25 Gambar 3.1 Kerangka tabung water heater bagian luar.............................. 28 Gambar 3.2 Kerangka tabung water heater bagian tengah.......................... 29 Gambar 3.3 Kerangka tabung water heater bagian dalam dengan spring center........................................................................................ 29 Gambar 3.4 Kerangka jadi water heater...................................................... 29 Gambar 3.5 Pipa saluran air......................................................................... 30 Gambar 3.6 Tutup gas buang water heater.................................................. 30 Gamabr 3.7 Selimut tabung water heater bagian dalam.............................. 30 Gambar 3.8 Selimut tabung water heater bagian tengah............................. 31 Gambar 3.9 Selimut tabung water heater bagian luar................................. 31 xiii

(15) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 3.10 Rancangan water heater yang sudah jadi................................ 31 Gambar 3.11 Pipa Tembaga........................................................................... 33 Gambar 3.12 Plat Galvanum.......................................................................... 33 Gambar 3.13 Besi Nako................................................................................. 34 Gambar 3.14 Plat Strip................................................................................... 34 Gambar 3.15 Plat Acer................................................................................... 34 Gambar 3.16 Paku Ripet................................................................................ 35 Gambar 3.17 Kawat....................................................................................... 35 Gambar 3.18 Mesin las listrik........................................................................ 36 Gambar 3.19 Alat penekuk dan pemotong pipa............................................. 36 Gambar 4.1 Skema pengujian water heater................................................. 39 Gambar 4.2 Tabung gas LPG dan regulator................................................ 41 Gambar 4.3 Timbangan gantung................................................................. 41 Gambar 4.4 Gelas ukur................................................................................ 42 Gambar 4.5 Termokopel dan penampil suhu digital.................................... 42 Gambar 4.6 Kran air.................................................................................... 43 Gambar 4.7 Kompor high pressure............................................................. 43 Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) Gambar 5.2 57 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) xiv 57

(16) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) Gambar 5.4 58 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm).......................................................... Gambar 5.5 58 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm).......................................................... Gambar 5.6 59 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm).......................................................... Gambar 5.7 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm)........... Gambar 5.8 60 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm)........... Gambar 5.10 60 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm)........... Gambar 5.9 59 61 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm).................................................. Gambar 5.11 62 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm)................... xv 63

(17) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Gambar 5.12 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm).............................................................. xvi 65

(18) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR TABEL hal Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain............................................................... 9 Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal.......................................................... 10 Tabel 2.3 Konduktifitas termal untuk beberapa media isolator.................. 13 Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya.................................................................... 14 Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal.................................... 15 Tabel 4.1 Tabel isian konsumsi gas............................................................ 44 Tabel 4.2 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm.......................................................................................... Tabel 4.3 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 2 cm.......................................................................................... Tabel 4.4 47 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm)....................................................... Tabel 5.3 45 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang.......................................................................................... Tabel 5.2 45 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 3 cm.......................................................................................... Tabel 5.1 44 47 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm)....................................................... xvii 48

(19) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Tabel 5.4 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm)....................................................... 48 Tabel 5.5 Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas................................... 54 Tabel 5.6 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm).......................... Tabel 5.7 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm).......................... Tabel 5.8 55 56 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm).......................... xviii 56

(20) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan semakin canggihnya teknologi di era, globalisasi semakin banyak pula kita dituntut untuk mengejar ilmu pengetahuan ke arah teknologi yang lebih maju untuk meningkatkan kesejahteraan dan mencapai apa yang telah dicita-citakan. Berbagai macam kebutuhan rumah tangga menjadi semakin praktis berkat kemajuan teknologi. Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak diminati di kalangan rumah tangga adalah water heater (pemanas air). Pada awalnya, water heater lebih banyak digunakan pada negara-negara yang beriklim dingin. Namun, kini negara-negara tropis seperti di Indonesia pun mulai marak menggunakan water heater. Sebagian besar konsumen water heater tersebut adalah masyarakat yang tinggal di kota-kota besar. Bagi pekerja kantor, rasa lelah setelah bekerja seharian di kantor memang menyebalkan. Tentu mereka memerlukan sebuah kenyamanan ketika pulang ke rumah. Nah, kenyamanan tersebut antara lain dapat dinikmati dengan berendam di air panas. Alat yang paling tepat digunakan adalah water heater. Water heater adalah suatu alat pemanas air modern yang dibuat khusus untuk memenuhi kebutuhan air panas dengan cara yang praktis. Selain digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, water heater biasa digunakan untuk kebutuhan rumah sakit, yaitu untuk menyediakan kebutuhan air panas untuk keperluan mandi pasien. Selain di rumah sakit, biasanya water heater digunakan untuk kebutuhan hotel, yaitu untuk menyediakan air panas sebagai salah satu fasilitas hotel bagi para tamu yang ingin 1

(21) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 2 mandi dengan air panas. Selain di rumah sakit dan hotel, water heater juga digunakan untuk kebutuhan industri. Salah satu industri yang memanfaatkan water heater adalah industri pemotongan ayam. Pada industri pemotongan ayam, air panas digunakan untuk merendam ayam sehingga mempermudah proses pencabutan bulu ayam. Water heater terbuat dari susunan pipa tembaga yang disusun sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan air panas saat air mengalir melalui pipa.Pada umumnya water heater dibagi menjadi tiga jenis; water heater surya, water heater listrik, dan water heater listrik. Water heater surya biasanya diletakan di atas atap. Water heater surya adalah water heater yang memanfaatkan energi matahari untuk sumber energi pada proses pemanasan. Keuntungan memakai water heater surya adalah sumber tenaga yang dibutuhkan untuk proses pemanasan diperoleh secara gratis, water heater surya tidak menimbulkan bunyi yang berisik, serta merupakan water heater paling ramah lingkungan daripada jenis water heater yang lain, sedangkan kerugian menggunakan water heater ini adalah biaya awal yang dibutuhkan untuk membuat water heater surya sangat mahal, memerlukan tempat yang luas untuk pemasangan, water heater jenis ini juga sangat bergantung pada cuaca, dan proses pemanasan air membutuhkan waktu yang relatif lama. Selain itu, karena water heater surya menggunakan tangki penampungan air, maka air panas yang dihasilkan terbatas sesuai daya tampung tangki penampungan. Water heater yang kedua adalah water heater listrik. Water heater jenis ini memanfaatkan energi listrik sebagai tenaga pemanasan airnya. Water heater listrik biasanya diletakkan di dekat kamar mandi. Water heater listrik

(22) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 3 memiliki beberapa keuntungan, yaitu tidak menimbulkan bunyi yang keras saat pemanasan air, tidak membutuhkan tempat yang luas untuk pemasangan, serta tidak memiliki emisi gas buang. Kerugian menggunakan water heater listrik yaitu memiliki risiko terjadi korsleting, biaya yang dibutuhkan untuk membuat alat mahal, air panas yang dihasilkan tidak stabil, sangat bergantung pada energi listrik, serta karena water heater listrik menggunakan tangki penampungan, maka air panas yang dihasilkan terbatas. Water heater yang ketiga adalah water heater gas. Water heater jenis ini menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan water heater listrik dan water heater surya. Water heater gas adalah salah satu water heater yang mempunyai banyak variasi. Hal ini dilakukan untuk memenuhi standar efisiensi pemanasan yang baik. Variasi yang sering dibuat pada water heater gas yaitu panjang pipa tembaga yang digunakan, jumlah lubang udara yang dibutuhkan, pembukaan tutup gas buang dan masih banyak lagi. Keuntungan dari water heater jenis ini adalah sumber tenaga yang dibutuhkan mudah didapat, biaya yang dibutuhkan untuk pembuatan alat cukup murah, air panas yang dihasilkan stabil, karena tidak menggunakan tangki penampungan air panas yang dihasilkan tidak terbatas dan dapat digunakan sewaktu-waktu. Water heater gas memiliki kerugian yaitu menimbulkan bunyi yang berisik saat proses pemanasan dan juga water heater gas ini memiliki emisi gas buang. Berdasarkan latar belakang di atas maka peneliti termotivasi dan terpancing untuk merancang dan membuat water heater gas yang dapat menghasilkan debit

(23) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 4 air yang besar serta menghasilkan efisiensi yang tinggi pada suhu air yang dipergunakan untuk mandi. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah : a. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap suhu air keluar pada water heater? b. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap efisiensi water heater? 1.3 Tujuan Tujuan dari penelitian tentang water heater ini adalah : a. Merancang dan membuat water heater tenaga gas LPG b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor d. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater e. Menghitung kalor yang diterima air f. Menghitung efisiensi water heater 1.4 Batasan Dalam Pembuatan Water Heater Untuk memfokuskan penelitian dan memperjelas penyelesaian sehingga mudah dipahami dan penyusunannya terarah, maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut : a. Tinggi water heater : 37 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m, dengan 2 lintasan.

(24) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 5 b. Jumlah tabung : 3 buah, tabung 1 (tabung paling dalam) dengan diameter : 9 cm dengan jumlah lubang udara 221 lubang, tabung 2 (tabung tengah) memiliki diameter 26 cm dengan jumlah lubang udara 680 lubang, dan tabung 3 (tabung paling luar) memiliki diameter 34 cm dengan jumlah lubang udara 480 lubang. c. Bahan pipa tembaga dengan diameter dalam 1,27 cm , diameter luar 1,47 cm. d. Bahan bakar : gas LPG, jenis kompor : bertekanan tinggi (high pressure). e. Suhu air yang dihasilkan: lebih dari 38°C dengan debit air minimal sebesar 6 liter/menit. f. Kondisi air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air kamar mandi (25°C - 28°C). 1.5 Manfaat Manfaat penelitian tentang water heater gas adalah : a. Menghasilkan prototipe water heater tenaga gas LPG dengan konstruksi yang sederhana, harga yang murah dan mudah dalam mengoperasikannya sehingga dapat diterima dan dipergunakan oleh seluruh kalangan masyarakat. b. Dapat menjadi salah satu referensi sumber ilmu bagi mahasiswa yang ingin menambah pengetahuannya dalam pembuatan water heater c. Mampu membantu dalam penyediaan air panas untuk kebutuhan rumah tangga

(25) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Perpindahan Kalor Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya kalor dari benda yang mempunyai temperatur tinggi ke benda lain yang temperaturnya lebih rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Apa yang ada dalam perpindahan, yang disebut panas, tidak dapat diukur dan diamati secara langsung, tetapi pengaruhnya dapat diamati dan diukur (Kreith, 1985). Kalor dapat berpindah dari suatu tempat / benda ke tempat lain melalui tiga cara, 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 sisi ke sisi yang lain dan lebih cepat pula benda menjadi dingin. Contoh perpindahan panas secara konduksi pada water heater terjadi pada bagian sirip yang dipasang pada pipa saluran air, ujung sirip yang terkena api dari kompor gas langsung mengalirkan 6

(26) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 7 energi panas (kalor) menuju ujung sirip yang lain, hal ini diikuti dengan mengalirnya energi panas (kalor) menuju ke bagian pipa saluran air yang berhimpitan dengan sirip. b. Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahan panas (kalor) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan konduksi, hanya saja perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas tanpa disertai zat perantara, sedangkan perpindahan panas konveksi disertai berpindahnya zat perantara. Perpindahan panas secara konveksi bisa terjadi pada zat cair dan gas. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada water heater ini pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari api kompor gas yang secara konstan dan dengan tekanan yang tinggi, kemudian panas diterima oleh air yang mengalir melalui pipa tembaga tersebut, selain itu terjadi ketika energi panas (kalor) mengalir ke udara yang berada di dalam tabung water heater. 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 daripada 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. Proses perpindahan panas secara radiasi yang

(27) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 8 terjadi dalam water heater yaitu ketika energi panas (kalor) mengalir dari tabung bagian luar water heater menuju tabung bagian dalam. 2.1.2 Perancangan Pipa Saluran Air Ada beberapa pertimbangan dalam menentukan perancangan pipa saluran air diantaranya adalah hambatan pipa, kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa, dan diameter saluran pipa. a. Hambatan Pipa Saluran Air 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 terjadi pembelokan, diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 90°) dan biasanya tidak terjadi lekukan tetapi hanya lengkungan. Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Pembelokan saluran pipa yang dibuat melingkar-lingkar akan menghasilkan penurunan tekanan yang kecil. Jika penurunannya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk mendorong air juga berdaya kecil. b. Kehalusan Permukaan Pipa Saluran Air Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi semakin lancar. c. Bahan Pipa Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan kalor. Bahan pipa diusahakan mampu mengalirkan energi kalor konduksi yang

(28) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 9 besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida air yang mengalir di dalam pipa. Menurut Holman (1963), tembaga mempunyai nilai konduktifitas sebesar 385 W/m.oC. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga mampu menahan kebocoran karena memiliki tekstur yang kuat, ulet dan tidak mudah pecah, kemudian mampu menahan korosi karena tembaga merupakan bahan anti karat sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / cokelat dan berbau karena karat. Pipa tembaga juga tahan lama dan mampu bertahan sampai lebih dari 50 tahun, dan pipa tembaga sangat mudah di tekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan tarik sebesar 345-689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5 - 50%, dan titik lebur dari tembaga adalah 1080º Celcius. 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 alumunium. Tabel 2.1Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain. (Sumber: google.co.id) Jenis logam Besi dan baja Besi cor kelabu Besi cor putih Baja Bukan besi Alumunium Tembaga Magnesium Seng (tuang) Titan Nikel Kekuatan tarik (Mpa) Keuletan (%) Titik Cair (°C) Kekerasan (Brinell) 110 – 207 310 276 – 2070 0-1 0–1 15 – 22 1370 1370 1425 100 – 150 450 110 – 500 83 – 310 345 – 689 83 – 345 48 – 90 552 – 1034 414 - 1103 10 – 35 5 – 50 9 – 15 2 – 10 – 15 – 40 660 1080 650 785 1800 1450 30 – 100 50 – 100 30 – 60 80 – 100 158 – 266 90 – 250

(29) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 10 Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber : Holman, 1988) Bahan Konduktifitas termal (k) W/m.oC Btu/h.ft.oF Logam Perak (murni) Tembaga (murni) Alumunium (murni) Nikel (murni) Besi (murni) Baja karbon, 1%C Timbal (murni) Baja krom-nikel (18% Cr, 8% Ni) 410 385 202 93 73 43 35 16,3 237 223 117 54 42 25 20,3 9,4 0,175 0,141 0,023 0,0206 0,0146 0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844 Gas Hidrogen Helium Udara Uap air (jenuh) Karbon dioksida d. Diameter Pipa Saluran Air Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang ditimbulkan. Semakin kecil ukuran diameter dalam pipa saluran air, maka semakin besar pula daya pompa yang diperlukan water heater. Selain itu, jika semakin kecil ukuran diameter dalam pipa saluran air yang digunakan, maka suhu air yang dihasilkan (suhu air yang keluar dari water heater) akan semakin tinggi, akan tetapi debit yang dihasilkan water heater akan lebih sedikit selain itu proses pemanasan air akan berlangsung lebih cepat.

(30) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 11 2.1.3 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran Pada suatu proses pembakaran, oksigen sangat dibutuhkan agar proses pembakaran berlangsung dengan sempurna. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan (tidak dapat menyebar secara merata keseluruh bagian water heater serta dapat mengganggu nyala api), sehingga energi panas yang diberikan dalam bentuk kalor tidak optimal. Hal ini mengakibatkan panas (kalor) yang diterima oleh fluida air yang mengalir didalam pipa menjadi sedikit, sehingga suhu air keluar yang dihasilkan water heater kurang optimal. Untuk merancang sistem saluran udara yang baik, maka diusahakan ukuran diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua permukaan tabung water heater supaya udara yang masuk mampu mencapai keseluruh bagian water heater. Dalam hal ini ukuran diameter lubang saluran udara diusahakan agar tidak terlalu besar supaya udara yang masuk tidak terlalu berlebihan. Sementara itu pada penutup gas buang water heater diberi lubang pada bagian tengah saja, hal ini dilakukan agar sisa gas buang pada proses pembakaran akan keluar melalui lubang tersebut dan juga agar panas yang diterima dari kompor tidak langsung keluar melalui tutup gas buang water heater. 2.1.4 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 di panaskan, maka sirip akan menangkap panas api yang di berikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan lebih cepat karena letak sirip yang menempel pada pipa saluran air yang mengakibatkan

(31) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 12 panas dapat langsung tersalurkan. 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 2.1.5 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. 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.

(32) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 13 Tabel 2.3 Konduktifitas termal untuk beberapa media isolator (Sumber : Holman , 1988) Isolator Konduktifitas termal (k) W/m.oC Gabus 0,042 Wool 0,040 Kayu 0,08 – 0,16 Bata 0,84 Udara 0,023 2.1.6 Bahan Bakar / Sumber Energi Water heater gas menggunakan bahan bakar LPG (Liquid Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan 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 (C3H8) dan butana (C4H10) Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana (C5H12) dan etana (C2H6) yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/cm2. Agar mempunyai bau yang khas dan untuk mengetahui bila terjadi kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.

(33) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 14 Reaksi pembakaran propana (C3H8), jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas dan untuk Reaksi pembakaran butana (C4H10), jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : 2 C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + panas butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg. Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf Bahan bakar Daya pemanasan Efisiensi alat masak Kayu bakar 4000 kkal/kg 15 % Arang 8000 kkal/kg 15 % Minyak tanah 11000 kkal/kg 40 % Listrik LPG 860 kkal/kWh 11900 kkal/kg 60 % 60 %

(34) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 15 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. Proses pembakaran 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. Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumberhttp://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25772/4/Chapter%20II.p df) No Komposisi udara Prosentase 1 Nitrogen 78,1 % 2 Oksigen 20,95 % 3 Karbondioksida 0,03 % 4 Gas lain 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 keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater

(35) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 16 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 di pasaran, 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 yang digunakan untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi (high pressure) yang menggunakan bahan bakar LPG. Gambar 2.1 Kompor gas highpressure yang digunakan pada water heater 2.1.10 Laju Aliran Kalor Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan (2.1) :

(36) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 17 Gambar 2.2 Aliran fluida qair  mair cair Ti  To  ................(2.1) mair =  ( .r 2 )u m ................(2.2) um  debit air  .r 2 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 = masa jenis fluida yang mengalir (kg/m3) d = diameter dalam pipa saluran air (m) r = jari - jari dalam pipa saluran air (m) ................(2.3)

(37) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 18 2.1.11 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas pada water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4) : q gas  mgas C gas ................(2.4) pada persamaan (2.4) : qgas = laju aliran kalor yang diberikan gas (watt). mgas = laju aliran massa gas LPG (kg/s) Cgas = kapasitas gas (J/kg), (1kkal = 4186,6 J) dapat dilihat pada Tabel 2.4, untuk LPG sebesar 11.900 kkal/kg 2.1.12 Efisiensi Efisiensi adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas. Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :  q air x100% q gas pada persamaan (2.5) : η = efisiensi water heater (%), qair = laju aliran kalor yang diterima air (watt) qgas = laju aliran kalor yang diberikan gas (watt). ................(2.5)

(38) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 19 2.2 Tinjauan Pustaka 2.2.1 Water Heater yang Ada di Pasaran Sebagai referensi water heater gas yang akan dibuat, maka penulis mengambil beberapa water heater gas sebagai pembanding untuk water heater yang telah dibuat. Gambar 2.3, 2.4, 2.5 menyajikan water heater gas yang ada di pasaran : a. Water heater 1 Gambar 2.3 Water heater 1 Kapasitas maksimum : 6 liter / menit Dimensi (p x l x t) mm : 300 mm x 440 mm x 460 mm Tipe Gas : LPG Temperatur maksimal : 40°C-75°C Input gas : 0,78 kg/h

(39) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 20 b. Water heater 2 Gambar 2.4 Water heater 2 Kapasitas maksimum : 5 liter/menit Dimensi (p×l×t) mm : 402 mm x 290 mm x 170 mm Tipe Gas : LPG Temperatur maksimal : 30°C-50°C Input gas : 0,8 kg/h

(40) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 21 c. Water heater 3 Gambar 2.5 Water heater 3 Kapasitas maksimum : 6 liter/menit Dimensi (p×l×t) mm : 369 mm ×290 mm ×138 mm Tipe Gas : LPG Temperatur maksimal : 30°C-50°C Input gas : 0,60 kg/h

(41) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 22 2.2.2 Skema Water Heater Banyak sekali skema perancangan water heater gas yang ada di pasaran. Gambar 2.6, 2.7, 2.8, dan 2.9 menyajikan beberapa model rancangan water heater yang ada di pasaran. a. Skema water heater dengan tangki penampungan Pada umumnya water heater jenis ini mempunyai prinsip kerja yang sama dengan memanaskan air dengan panci. Air dingin masuk melalui pipa inlet ke tangki penampungan, kemudian air dipanaskan di dalam tangki penampungan menggunakan kompor gas LPG yang berada di bawah tangki penampungan, setelah itu air panas keluar melalui saluran pipa outlet Gambar 2.6 Skema water heater gas dengan tangki b. Skema water heater dengan tangki penampungan Prinsip kerja alat ini sama dengan merebus air dengan panci. Air ditampung di tangki penampungan dan dipanaskan. Proses pemanasan dilakukan dengan

(42) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 23 memanfaatkan panas gas buang yang keluar melalui pipa saluran gas buang yang berada di dalam tangki penampungan. Gambar 2.7 Skema water heater gas dengan tangki penampungan c. Skema water heater dengan tangki penampung 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.

(43) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 24 Gambar 2.8 Skema water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral d. Skema water heater tanpa tangki penampungan atau tankless Cara kerja water heater jenis ini yaitu dengan mengalirkan air melalui pipa saluran yang langsung dipanasi di atas api secara langsung menggunkan kompor gas, hal ini mengakibatkan proses pemanasan terjadi lebih cepat tanpa menggunakan tangki penampungan terlebih dahulu. Skema ini diberi sirip untuk meningkatkan penangkapan kalor dari sumber pemanas. Ada kipas yang berfungsi untuk memasukkan oksigen dari udara untuk proses pembakaran bahan bakar.

(44) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 25 Gambar 2.9 Skema water heater tanpa tangki penampungan 2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas Putra, P.H (2012) tentang water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar”. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan 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 meter, (e) Diameter 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. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 °C pada debit 10 liter/menit (b)

(45) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 26 Hubung anantara 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 R2 = 0,94. (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 R2 = 0,94. (d) Hubungan debit air (dalam liter/menit) dengan efisiensi water heater (dalam %) dinyatakan dengan persamaan η = 0,77 mair2 + 14,24 mair + 31,04 dan R2 = 0,94. Kristianto, H (2013) mengadakan penelitian tentang water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang”. Penelitian ini dilakukan dengan variasi pada pembuangan gas buang. Pada penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 35,4oC pada debit 7,2 liter/menit, (b) Hubungan antara debit air yang megalir (m) dengan temperatur air yang keluar water heater dinyatakan dengan persamaan : To = –0,2215 m3 + 4,5633 m2 – 29,935 m + 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 dinyatakan dengan persamaan : η = –0,0376 m3 + 0,1006 m2 + 4,3666 m + 36,66 (m dalam liter/menit dan η dalam %).

(46) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 27 Pada tahun 2014, Dharma Panjili mengadakan penelitian tentang water heater gas LPG yang berjudul “Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter 0,5 Inchi Dan Bersirip” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG, (b) Mengetahui hubungan antara debit air dengan suhu air keluar, (c) Mengetahui energi kalor yang diserap air, (d) Mengetahui kalor yang diserap water heater, (e) Mengengetahui efisiensi water heater, (f) Mengetahui hasil kerja terbaik water heater dengan variasi penutup. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Tin water heater 25oC-27oC, (b) Panjang pipa lintasan 14 meter, (c) Tout water heater ≥40oC dengan debit minimal 6 liter/menit, (d) Panjang pipa 14 meter, (e) Bahan pipa adalah tembaga, (f) Water heater diberi sirip, (g) pembakar menggunakan kompor LPG, (h) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dengan debit gas yang konstan, penutu tertutup penuh, terbuka 10 putaran, dan 20 putaran. Pada penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, (b) Hasil terbaik hubungan antara debit air masuk dengan Tout menggunakan variasi penutup tertutup penuh (c) Hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diterima air pada variasi penutup terbuka 10 putaran yang berkisar antara 7,533 kW-12,556 kW (d) Hasil terbaik hubungan debit air mauk dengan efisiensi water heater menggunakan variasi penutup tertutup penuh (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 36,535 kW, (f) Untuk variasi penutup water heater, variasi dengan kondisi penutup tertutup penuh adalah yang terbaik.

(47) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB III PEMBUATAN ALAT 3.1 Rancangan Water Heater Rancangan water heater yang akan dibuat terdiri dari tiga bagian, yaitu tabung luar, tabung tengah dan tabung dalam dan memilikki penutup gas buang pada bagian atas. Kerangka water heater dibuat menggunakan plat besi strip dan besi nako, bagian selimut water heater dibuat menggunakan plat galvanum, sementara tutup gas buang dibuat menggunakan plat acer. Pipa saluran air dibuat menggunakan bahan pipa tembaga dengan diameter dalam ½ inchi (1,27 cm). Gambaran rancangan water heater tersaji pada Gambar 3.10, sedangkan untuk rancangan bagian dari water heater tersaji pada Gambar 3.1, Gambar 3.2, Gambar 3.3, Gambar 3.4, Gambar 3.5, Gambar 3.6, Gambar 3.7, Gambar 3.8, dan 3.9. Gambar 3.1 Kerangka tabung water heater bagian luar 28

(48) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 29 Gambar 3.2 Kerangka tabung water heater bagian tengah Gambar 3.3 Kerangka tabung water heater bagian dalam dengan spring center Gambar 3.4 Kerangka jadi water heater

(49) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 30 Gambar 3.5 Pipa saluran air Gambar 3.6 Tutup gas buang water heater Gambar 3.7 Selimut tabung water heater bagian dalam

(50) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 31 Gambar 3.8 Selimut tabung water heater bagian tengah Gambar 3.9 Selimut tabung water heater bagian luar Gambar 3.10 Rancangan water heater yang sudah jadi

(51) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 32 3.2 Cara Kerja Water Heater Cara kerja water heater ini sebenarnya sangat sederhana, prinsipnya hampir sama seperti memasak air dengan menggunakan panci yang dipanaskan di atas kompor. Perbedaannya terletak pada keadaan / kondisi air yang dipanaskan. Jika menggunakan water heater, air dialirkan melalui pipa saluran air (pipa tembaga), kemudian bagian bawah pipa saluran air dipanaskan menggunakan kompor gas bertekanan tinggi sehingga terjadi perubahan suhu air dari air dingin menjadi air panas secara konstan dan cepat. Air yang keluar dari dalam water heater sudah menjadi air panas yang sesuai dengan suhu yang kita inginkan dan langsung bisa digunakan. 3.3 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, baik menggambar langsung dengan tangan maupun dapat menggunakan software yang mendukung. Setelah rancangan water heater selesai dibuat, kita dapat menentukan bahan - bahan yang akan digunakan dalam pembuatan water heater lalu membelinya. Setelah semuanya siap, pembuatan water heater bisa dilakukan. 3.4 Peralatan – peralatan yang Dipergunakan 3.4.1 Bahan yang Dipergunakan Pada penelitian yang akan dilakukan, penulis mempersiapkan beberapa bahan yang akan digunakan untuk membuat water heater, antara lain :

(52) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 33 a. Pipa tembaga berdiameter dalam ½ inci (1,27 cm) untuk membuat pipa saluran air dan sirip b. Plat galvanum sebagai selimut kerangka water heater c. Besi nako ukuran 10 mm x 10 mm sebagai kerangka water heater d. Plat strip ukuran 1,5 cm dan 2,5 cm sebagai kerangka water heater e. Plat acer sebagai tutup gas buang water heater f. Paku ripet untuk melekatkan plat galvanum pada kerangka water heater g. Kawat untuk mengikat sirip Gambar 3.11 Pipa Tembaga Gambar 3.12 Plat Galvanum

(53) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 34 Gambar 3.13 Besi Nako Gambar 3.14 Plat Strip Gambar 3.15 Plat Acer

(54) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 35 Gambar 3.16 Paku Ripet Gambar 3.17 Kawat 3.4.2 Alat yang Dipergunakan Pada proses pembuatan water heater peralatan yang digunakan meliputi : a. Mesin bor, untuk membuat lubang pada plat galvanum dan plat strip b. Gerinda, untuk menghaluskan sisa pengelasan kerangka water heater. c. Alat pemotong pipa, untuk memotong pipa tembaga d. Alat penekuk pipa, untuk menekuk pipa tembaga e. Mesin las listrik, untuk mengelas kerangka water heater f. Gergaji, untuk memotong plat strip dan besi nako

(55) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 36 g. Gunting seng, untuk memotong plat galvanum h. Tang, untuk memasang sirip pada lengkungan pipa i. Penggaris, untuk mengukur bahan – bahan yang akan dipotong j. Spidol, untuk memberi tanda pada bagian yang akan dipotong dan dibor k. Ragum, digunakan untuk mencekam bahan yang akan dipotong l. Palu, untuk merapikan bentuk plat galvanum maupun plat strip dan besi nako Gambar 3.18 Mesin las listrik Gambar 3.19 Alat penekuk dan pemotong pipa

(56) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 37 3.5 Perakitan Setelah rancangan water heater ditentukan dan semua bahan yang dibutuhkan sudah terkumpul, proses selanjutnya adalah proses pembuatan water heater. Langkah – langkah dalam pembuatan water heater adalah sebagai berikut : a. Membuat Pipa Saluran Air Pada proses ini, pipa saluran air dibuat menggunakan pipa tembaga dengan ukuran diameter dalam ½ inci (1,27 cm), pipa dipotong menggunakan alat pemotong pipa sepanjang 10 meter dan ditekuk melingkar menyerupai bentuk per (spiral) menggunakan alat penekuk pipa. Penekukan pipa dilakukan dengan hati – hati, hal ini dilakukan supaya pipa tidak terlipat atau patah. Pada saat penekukan pipa, usahakan tidak terjadi lipatan pada pipa agar aliran air yang masuk melewati pipa tidak terhambat. Jika ada hambatan yang terjadi, akan mempengaruhi debit air yang dihasilkan water heater. b. Membuat Sirip Sirip dibuat menggunakan pipa tembaga dengan ukuran diameter dalam ½ inci (1,27 cm). Pipa tembaga dipotong - potong menggunakan alat pemotong pipa menjadi 8 bagian dengan panjang masing – masing 35 cm. c. Membuat Kerangka Water Heater Pada proses ini, langkah pertama yang dilakukan adalah memotong besi nako dan dibentuk menjadi lingkaran. Besi nako dibentuk menjadi 3 ukuran, untuk ukuran kerangka tabung paling dalam yaitu yaitu diameter 9 cm,untuk kerangka tabung bagian tengah yaitu diameter 26 cm, dan ukuran diameter kerangka tabung paling luar adalah 34 cm, dengan jumlah masing – masing 2 buah.

(57) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 38 Langkah kedua adalah memotong plat strip sejumlah 12 potong, plat strip ukuran 1,5 cm sejumlah 4 potong dan plat strip ukuran 2,5 cm sejumlah 8 potong. Plat strip ukuran 1,5 cm digunakan untuk kerangka tabung bagian paling dalam, sedangkan plat strip yang berukuran 2,5 cm digunakan untuk kerangka tabung bagian tengah dan yang paling luar. Pada proses ini plat strip dipotong menggunakan gergaji besi. Langkah selanjutnya adalah proses pemasangan / pengelasan kerangka tabung water heater. Pada proses ini, pengelasan kerangka paling dalam dan paling luar langsung dapat dilakukan. Namun untuk kerangka bagian tengah, pipa saluran terlebih dahulu dimasukan dalam kerangka tengah dan setelah itu baru dimulai proses pengelasan. d. Pembuatan Selimut Sama seperti kerangkanya, selimut water heater juga dibuat menjadi 3 bagian, yaitu bagian paling dalam, tengah dan paling luar. Selimut dibuat menggunakan plat galvanum. Setelah itu selimut diberi lubang sirkulasi udara menggunakan mesin bor. Untuk selimut paling dalam 221 lubang, bagian tengah 680 lubang, dan untuk selimut paling luar adalah 480 lubang. e. Pembuatan Tutup Gas Buang Water Heater Tutup gas buang dibuat menggunakan plat acer dengan tebal 3 mm. Hal ini dilakukan agar tutup gas buang tidak mengalami pembengkokan ketika dipanaskan. Pada bagian tengah tutup gas buang diberi lubang, yang berfungsi sebagai jalan keluar gas buang

(58) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Skematik Alat Penelitian Skema instalasi alat - alat yang digunakan selama pengambilan data water heater berlangsung disajikan pada Gambar 4.1. Gambar 4.1 Skema pengujian water heater Air dialirkan menuju water heater dari kran air. Kran air digunakan untuk mengatur besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater. Sumber api diperoleh dari kompor gas high pressure dengan bahan bakar gas LPG. Suhu air masuk dan suhu air keluar diukur menggunkan termometer digital. 4.2 Variasi Penelitian Pada penelitian tentang water heater ini variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan besar kecilnya 39

(59) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 40 pembukaan tutup gas buang water heater dengan debit gas yang konstan. Pembukaan yang dilakukan yaitu dengan memutar tutup gas buang sebanyak 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm) untuk masing – masing debit air. 4.3 Alat Bantu Penelitian Dalam penelitian water heater yang dilakukan, diperlukan alat – alat pengujian, alat – alat yang digunakan antara lain : a. Termokopel dan penampil suhu digital, sebagai alat ukur suhu air yang keluar b. Kompor gas high pressure dan gas LPG, sebagai sumber energi kalor c. Kran air, sebagai pengatur debit air d. Selang air, untuk menghubungkan kran air ke water heater e. Klem untuk meguatkan sambungan selang f. Tang dan obeng, untuk memutar tutup gas buang dan mengencangkan klem g. Regulator high pressure dan selang regulator untuk mengubungkan gas LPG ke kompor gas high pressure h. Timbangan gantung digital, digunakan untuk mengukur berat gas LPG i. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu j. Gelas ukur, untuk menampung air yang keluar dan sebagai alat untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari water heater

(60) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 41 Gambar 4.2 Tabung gas LPG dan regulator Gambar 4.3 Timbangan gantung

(61) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 42 Gambar 4.4 Gelas ukur Gambar 4.5 Termokopel dan penampil suhu digital

(62) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 43 Gambar 4.6 Kran air Gambar 4.7 Kompor high pressure

(63) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 44 4.4 Cara Mendapatkan 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 yang dipergunakan dalam 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 konsumsi gas No. Berat awal gas (kg) Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) Tinggi pembukaan tutup gas buang 1 1 cm 2 2 cm 3 3 cm Tabel 4.2 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Volume air (liter) Waktu (detik) Temperatur air masuk (°C) Temperatur air keluar (°C)

(64) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 45 Tabel 4.3 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 2 cm No. Volume air (liter) Waktu (detik) Temperatur air masuk (°C) Temperatur air keluar (°C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabel 4.4 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 3 cm No. Volume air (liter) Waktu (detik) Temperatur air masuk (°C) Temperatur air keluar (°C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4.5 Cara Mengolah Data Data – data yang sudah diperoleh kemudian diolah, dan digunakan untuk mengetahui : a. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor

(65) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 46 c. Kalor yang diberikan gas LPG pada water heater d. Kalor yang diterima air e. Efisiensi pada water heater Laju aliran kalor yang diterima air dapat dihitung menggunakan persamaan (2.1). Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung menggunakan persamaan (2.4). Efisiensi dapat dihitung menggunakan persamaan (2.5). Untuk mempermudah dalam melakukan pembahasan, data – data yang sudah diolah disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. 4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan Setelah data diperoleh dan diolah, dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian. Pengambilan kesimpulan dilakukan dengan memperhatikan tujuan penelitian yang sudah dinyatakan sebelumnya. Kesimpulan sebaiknya menjawab apa yang sudah menjadi tujuan dari penelitian.

(66) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil Pengujian Konsumsi gas dari hasil pengujian disajikan pada Tabel 5,1. Proses pengujian water heater dilakukan pasa kondisi tekanan udara luar dan besarnya aliran gas LPG diatur konstan, yaitu pada posisi maksimum. Tabel 5.1 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang No. 1 2 3 Berat awal gas (kg) 27,468 25,886 24,346 Berat akhir gas (kg) 27,073 25,503 23,958 Waktu (menit) 15 15 15 Tinggi pembukaan tutup gas buang 1 cm 2 cm 3 cm Pada pengujian yang telah dilakukan terhadap water heater, diperoleh data yang meliputi debit air, suhu air masuk (Ti), suhu air keluar (To). Data disajikan pada Tabel 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4 untuk beberapa perlakuan pada pembukaan tutup gas buang. Tabel 5.2 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Volume air (liter) 6,42 5,08 3,12 2,44 2,04 1,32 1,12 1,06 0,8 0,56 0,38 Waktu (detik) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Temperatur air masuk (°C) 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 47 Temperatur air keluar (°C) 31,9 33,1 36 38,7 41,2 43,5 46,4 48,2 55,4 65,5 72,5 ΔT (°C) 4,3 5,5 8,4 11,1 13,6 15,9 18,8 20,6 27,8 37,9 44,9

(67) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 48 Tabel 5.3 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Volume air (liter) 5,8 4,82 3,7 2,6 2,12 1,8 1,4 1,1 0,92 0,65 0,48 Waktu (detik) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Temperatur air masuk (°C) 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 Temperatur air keluar (°C) 32,1 33,3 35,9 38,7 41,2 43,5 46,1 49,5 54,8 62,5 76,8 ΔT (°C) 4,9 6,1 8,7 11,5 14 16,3 18,9 22,3 27,6 35,3 49,6 Tabel 5.4 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Volume air (liter) 6,04 4,82 3,30 1,90 1,54 1,30 1,08 0,86 0,60 0,50 0,32 Waktu (detik) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Temperatur air masuk (°C) 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 Temperatur air keluar (°C) 31,5 33 36,1 40 42,1 43,4 46,5 48,5 53,3 66,9 72,2 ΔT (°C) 4,1 5,6 8,7 12,6 14,7 16 19,1 21,1 25,9 39,5 44,8 5.2 Penghitungan Matematis Penghitungan kecepatan air rata – rata (um), laju aliran massa air (mair), dan laju aliran kalor yang diterima air (qair) dilakukan dengan mempergunakan data – data yang tersaji pada Tabel 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4. Adapun data – data lain yang dipergunakan adalah :

(68) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 49 Jari – jari pipa saluran air (r) : 0,00635 m = ½ inci Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3 Kalor jenis air (cair) : 4179 J/(kg°C) Kapasitas panas gas (Cgas) : 11900 kkal/kg = 49820540 J/kg (tersaji pada Tabel 2.4) 5.2.1 Penghitungan Kecepatan Air Rata – rata Penghitungan kecepatan air rata – rata (um) yang mengalir di dalam pipa saluran air menggunakan persamaan (2.3) : um = debit air luas penampang pipa = debit air m/s  .r 2 Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 1 cm pada debit air = 6,42 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.2). debit air = 6,42 liter 10 detik = (6,42  10 3 )m 3 (10s) = 0,000642 m3/s um = debit air  .r 2 = 0,000642 m 3 / s = 5,071 m/s 3,14  (0,00635) 2 m 2 Hasil penghitungan kecepatan rata – rata air (um) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.6.

(69) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 50 Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 2 cm pada debit air = 5,80 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.3). debit air = 5,8 liter 10 detik (5,8  10 3 )m 3 = (10s) = 0,00058 m3/s um = debit air  .r 2 = 0,00058 m 3 /s = 4,581 m/s 3,14  (0,00635) 2 m 2 Hasil penghitungan kecepatan rata – rata air (um) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.7. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 3 cm pada debit air = 6,04 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.4). debit air = 6,04 liter 10 detik = (6,04  10 3 )m 3 (10s) = 0,000604 m3/s um = debit air  .r 2 = 0,000604 m 3 /s = 4,770 m/s 3,14  (0,00635) 2 m 2 Hasil penghitungan kecepatan rata – rata air (um) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.8.

(70) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 51 5.2.2 Penghitungan Laju Aliran Massa Air Penghitungan laju aliran massa air (mair) di dalam pipa saluran air menggunakan persamaan (2.2) : mair = (massa jenis air) (luas penampang pipa) (kecepatan air) =  ( .r 2 )u m Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 1 cm, pada debit air = 6,42 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.2). mair =  ( .r 2 )u m = (1000) (3,14  (0,006352 )) (5,071) = 0,642 kg/s Hasil penghitungan laju aliran massa air (mair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.6. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 2 cm, pada debit air = 5,8 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.3). mair =  ( .r 2 )u m = (1000) (3,14  (0,006352 )) (4,581) = 0,580 kg/s Hasil penghitungan laju aliran massa air (mair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.7. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 3 cm, pada debit air = 6,04 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.4). mair =  ( .r 2 )u m

(71) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 52 = (1000) (3,14  (0,006352 )) (4,770) = 0,604 kg/s Hasil penghitungan laju aliran massa air (mair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.8. 5.2.3 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air Penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) di dalam pipa saluran air menggunakan persamaan (2.1) : q air = (laju aliran massa air) (kalor jenis air) (To  Ti ) watt = mair .cair (To  Ti ) watt Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 1 cm, pada debit air = 6,42 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.2). q air = mair .cair (To  Ti ) watt = (0,642) (4179) (31,9  27,6) watt = (2682,918) (4,3) watt = 11536,55 watt Hasil penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.6. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 2 cm, pada debit air = 5,8 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.3) q air = mair .cair (To  Ti ) watt = (0,580) (4179) (32,1  27,2) watt = (2423,82) (4,9) watt = 11876,72 watt

(72) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 53 Hasil penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.7. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 3 cm, pada debit air = 6,04 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.4). = mair .cair (To  Ti ) watt q air = (0,580) (4179) (32,1  27,2) watt = (2423,82) (4,9) watt = 11876,72 watt Hasil penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.8. Catatan : 1 watt = J/s 5.2.4 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas Penghitungan laju aliran kalor yang diberikan gas (qgas) dapat menggunakan persamaan (2.4) : q gas = (laju aliran massa gas) (kapasitas gas) watt = mgas.C gas Untuk penghitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 1 cm yaitu 1,58 kg/jam dikonversi ke kg/detik. q gas = (1,58 / 3600) (11900 x4186,6) watt = 21865,68144 watt Untuk penghitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 1 cm yaitu 1,54 kg/jam dikonversi ke kg/detik.

(73) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 54 q gas = (1,54 / 3600) (11900 x4186,6) watt = 21312,11989 watt Untuk penghitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang sebesar 1 cm yaitu 1,56 kg/jam dikonversi ke kg/detik. q gas = (1,56 / 3600) (11900 x4186,6) watt = 21588,90067 watt Tabel 5.5 Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas No . Berat awal gas (kg) Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) Tinggi pembukaan tutup gas buang qgas 1 2 3 27,468 25,888 24,348 27,073 25,503 23,958 15 15 15 1 cm 2 cm 3 cm 21865,68144 21312,11989 21588,90067 5.2.5 Efisiensi Efisiensi water heater adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan gas. Efisiensi water heater dapat dihitung menggunakan persamaan (2.5) :  = q air  100% q gas Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 1 cm, pada debit air = 6,42 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.2).  = 11536,55  100% = 52,76 % 21865,68144 Hasil penghitungan efisiensi water heater (η) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.6.

(74) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 55 Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 2 cm, pada debit air = 5,80 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.3).  = 11876,72  100% = 55,73 % 21312,11989 Hasil penghitungan efisiensi water heater (η) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.7. Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 3 cm, pada debit air = 6,04 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.4).  = 10348,88  100% = 47,94 % 21588,90067 Hasil penghitungan efisiensi water heater (η) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.8. Tabel 5.6 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) 1 2 38,52 27,6 Tout ΔT Air (°C) (°C) 31,9 4,3 30,48 27,6 33,1 5,5 0,508 4,012 11676,13 53,40 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18,72 14,64 12,24 27,6 27,6 27,6 36 38,7 41,2 8,4 11,1 13,6 0,312 0,244 0,204 2,464 10952,32 1,927 11318,40 1,611 11594,22 50,09 51,76 53,02 7,92 6,72 6,36 4,80 3,36 2,28 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 27,6 43,5 46,4 48,2 55,4 65,5 72,5 15,9 18,8 20,6 27,8 37,9 44,9 0,132 0,112 0,106 0,08 0,056 0,038 1,043 0,885 0,837 0,632 0,442 0,300 40,11 40,24 41,73 42,51 40,56 32,61 Debit Air No. (liter/menit) TinAir (°C) mair (kg/s) Um (m/s) 0,642 5,071 11536,55 52,76 qair(watt) 8770,89 8799,30 9125,26 9294,10 8869,51 7130,21 Efisiensi (%)

(75) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 56 Tabel 5.7 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) No . Debit Air (liter/menit) TinAir (°C) 1 2 34,80 27,2 28,92 27,2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 22,20 15,60 12,72 27,2 27,2 27,2 10,80 8,40 6,60 5,52 3,90 2,88 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 27,2 Tout ΔT mair Um qair Air (°C) (kg/s) (m/s) (watt) (°C) 32,1 4,9 0,580 4,581 11876,72 33,3 6,1 0,482 3,807 12287,10 35,9 8,7 0,370 2,922 13452,20 38,7 11,5 0,260 2,054 12495,21 41,2 14 0,212 1,674 12403,27 43,5 16,3 0,180 1,422 12261,19 46,1 18,9 0,140 1,106 11057,63 49,5 22,3 0,110 0,869 10251,09 54,8 27,6 0,092 0,727 10611,32 62,5 35,3 0,065 0,513 9588,72 76,8 49,6 0,048 0,379 9949,36 Efisiensi (%) 55,73 57,65 63,12 58,63 58,20 57,53 51,88 48,10 49,79 44,99 46,68 Tabel 5.8 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) 1 2 36,24 28,92 27,4 27,4 Tout Air (°C) 31,5 33 3 4 5 6 7 8 9 10 11 19,80 11,40 9,24 7,80 6,48 5,16 3,60 3,00 1,90 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 27,4 36,1 40 42,1 43,4 46,5 48,5 53,3 66,9 72,2 No . Debit Air TinAir (liter/menit) (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (watt) Efisiensi (%) 4,1 5,6 0,604 0,482 4,770 3,807 10348,88 11279,96 47,94 52,25 8,7 12,6 14,7 16 19,1 21,1 25,9 39,5 44,8 0,33 0,19 0,154 0,13 0,108 0,086 0,06 0,05 0,032 2,606 1,501 1,216 1,027 0,853 0,679 0,474 0,395 0,250 11997,91 10004,53 9460,42 8692,32 8620,44 7583,21 6494,17 8253,53 5928,61 55,57 46,34 43,82 40,26 39,93 35,13 30,08 38,23 27,46

(76) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 57 Data – data pada Tabel 5.4, Tabel 5.5, Tabel 5.6 digunakan untuk mendapatkan hubungan antara debit air dan suhu air keluar water heater, mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Hasil disajikan dalam bentuk grafik. suhu air keluar (To) , °C 80 70 60 50 40 30 To = 86,815Q-0,293 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) pada suhu input 27,6 °C suhu air keluar (To) , °C 80 70 60 50 40 30 To = 97,61Q-0,328 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) pada suhu input 27,2 °C

(77) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 58 suhu air keluar (To) , °C 80 70 60 50 40 30 To = 80,873Q-0,276 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) pada suhu input 27,4 °C 14000 12000 qair , watt 10000 8000 6000 qair = -6,4388Q2 + 356,91Q + 7117,3 4000 2000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.4 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) pada suhu input 27,6 °C

(78) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 59 14000 12000 qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1 qair , watt 10000 8000 6000 4000 2000 0 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) pada suhu input 27,2 °C 14000 12000 qair , watt 10000 8000 qair = -11,133Q2 + 536,59Q + 5402,5 6000 4000 2000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.6 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) pada suhu input 27,4 °C

(79) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 60 70 efisiensi (η) , % 60 50 40 η = -0,0294Q2 + 1,6323Q + 32,55 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.7 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) pada suhu input 27,6 °C 70 efisiensi (η) , % 60 50 40 η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.8 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) pada suhu input 27,2 °C

(80) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 61 70 efisiensi (η) , % 60 50 40 η = -0,0516Q2 + 2,4855Q + 25,024 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.9 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) pada suhu input 27,4 °C Grafik hubungan antara 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 yang mendukung. Persamaan suhu 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 Berdasarkan Gambar 5.1, Gambar 5.2 dan Gambar 5.3 dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap suhu air keluar dari water heater.

(81) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 62 Semakin besar debit air, suhu air yang keluar semakin rendah, begitu juga sebaliknya. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan : a. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1 cm) : = 86,815Q-0,293 ; untuk 2,28 < Q <38,52 To b. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 20 putaran (2 cm) : = 97,61Q-0,328 ; untuk 2,88 < Q < 34,80 To c. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 30 putaran (3 cm): = 80,873Q-0,276 ; untuk 1,90 < Q < 36,24 To (Q adalah debit air dalam liter/menit, To dalam °C) suhu air keluar (To) , °C 80 10 Putaran 70 60 20 Putaran 50 30 Putaran 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm) Dari Gambar 5.10 hubungan antara debit air dengan suhu air keluar bisa dilihat, ternyata penambahan pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap suhu yang dihasilkan water heater pada debit di bawah 10 liter/menit, sedangkan untuk debit diatas 10 liter/menit pengaruh pembukaan tutup gas buang tidak

(82) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 63 terlalu signifikan, hal ini disebabkan karena udara di dalam water heater untuk proses pembakaran sudah terpenuhi. Berdasakan Gambar 5.4, Gambar 5.5, dan Gambar 5.6 dapat diberoleh informasi bahwa laju aliran kalor yang diterima air begantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara laju aliran kalor yang diterima air dengan debit air dinyatakan dengan persamaan : a. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1 cm) : = 6,4388Q2 + 356,91Q + 7117,3 ; untuk 2,28 < Q <38,52 qair b. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 20 putaran (2 cm) : = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1 ; untuk 2,88 < Q < 34,80 qair c. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 30 putaran (3 cm) : = -11,133Q2 + 536,59Q + 5402,5 ; untuk 1,90 < Q < 36,24 qair (Q adalah debit air dalam liter/menit, qair dalam watt) 14000 12000 qair , watt 10000 8000 6000 10 Putaran 4000 20 Putaran 2000 30 Putaran 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.11 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm)

(83) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 64 Dari Gambar 5.11 hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air bias dilihat, ternyata pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap lajua liran kalor yang diterima air. Laju aliran kalor yang diterima air paling baik terjadi pada pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm, dengan hasil kalor yang diserap air antara 9588,72 watt sampai 13452,20 watt, bila dibandingkan dengan pembukaan tutup gas buang setinggi 1 cm dengan laju aliran kalor yang diserap air sebesar 7130,21 watt sampai 11676,13 watt, dan pembukaan tutup gas buang setinggi 3 cm dengan laju aliran kalor yang diserap air sebesar 5928,61 watt sampai 11997,91 watt. Berdasakan Gambar 5.7, Gambar 5.8, dan Gambar 5.9 dapat diberoleh hubungan antara efisiensi water heater dengan debit air. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan : a. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1 cm) : η = -0,0294Q2 + 1,6323Q + 32,55 ; untuk 2,28 < Q <38,52 b. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 20 putaran (2 cm) : η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434 ; untuk 2,88 < Q < 34,80 c. Water heater dengan pembukaan tutup gas buang sebesar 30 putaran (3 cm) : η = -0,0516Q2 + 2,4855Q + 25,024 ; untuk 1,90 < Q < 36,24 (Q adalah debit air dalam liter/menit, η dalam %)

(84) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 65 70 60 efisiensi 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 debit air (Q) , liter / menit Gambar 5.12 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm) Dari Gambar 5.12 hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dapat dilihat, ternyata pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap efisiensi water heater. Efisiensi paling baik terjadi pada pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm yaitu lebih dari 55 %, bila dibandingkan dengan pembukaan tutup gas buang 1 cm yang berkisar antara 30 % sampai 53 %, dan pembukaan tutup gas buang 3 cm yang berkisar antara 30 % sampai 55 %. Posisi tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm berpengaruh meningkatkan efisiensi pada water heater yang dibuat. Efisiensi water heater yang dibuat tidak dapat mencapai 100%. Hal ini disebabkan karena adanya energi kalor yang hilang melalui konduksi, konveksi dan radiasi. Energi kalor yang terbuang melalui gas buang mengakibatkan suhu di sekitar water heater menjadi tinggi. Hasil rancangan water heater yang sudah dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Water heater yang sudah dibuat mampu

(85) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 66 menghasilkan debit air sebesar 15,60 liter/menit pada suhu 38,7°C dengan konsumsi gas sebesar 1,5 kg/jam. Water heater yang ada dipasaran mampu menghasilkan debit maksimal sebesar 5 – 6 liter/menit pada suhu 38°C - 75°C dengan konsumsi gas sebesar 0,7 – 0,8 kg/jam. Ditinjau dari segi konsumsi gas, water heater yang sudah dibuat dua kali lebih boros dibandingkan dengan water heater yang ada dipasaran, namun debit air yang dihasilkan oleh water heater yang sudah dibuat tiga kali lebih banyak dibandingkan dengan water heater yang ada di pasaran pada suhu air yang digunakan untuk mandi, yaitu sebesar 38°C 40°C dengan efisiensi sebesar 58,63 %. Bila menggunakan water heater di pasaran membutuhkan dua alat, dengan water heater yang sudah dibuat membutuhkan satu alat saja sehingga lebih hemat biaya dalam hal pengadaan alat. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Putra, P.H (2012), Kristanto, H (2013), Dharma Panjili (2014), hasil paling baik dimiliki oleh Putra dengan debit air yang dihasilkan sebesar 10 liter/menit pada suhu air keluar 42,9°C. Water heater yang telah dibuat oleh peneliti saat ini, hasilnya lebih baik bila dibandingkan dengan hasil penelitian Putra. Water heater peneliti mampu menghasilkan debit sebesar 10,80 liter/menit pada temperatur air keluar sebesar 43,5oC.

(86) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Hasil penelitian yang telah dilakukan untuk water heater dengan panjang pipa 10 meter, 480 lubang udara serta penambahan pembukaan tutup gas buang memberikan beberapa kesimpulan : a. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan debit sebesar 15,60 liter/menit pada suhu 38,7°C dengan efisiensi 58,63 %. b. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater terbaik terdapat pada tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm, dinyatakan dengan persamaan : To = 97,61Q-0,328. Persamaan ini berlaku untuk nilai 2,88 < Q < 34,8 pada tekanan udara luar (1 atm) dan suhu air masuk 27,2°C, Q adalah debit air dalam liter/menit, To dalam °C. c. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air terbaik terdapat pada tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm, dinyatakan dengan persamaan : qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1. Persamaan ini berlaku untuk nilai 2,88 < Q < 34,8 pada tekanan udara luar (1 atm) dan suhu air masuk 27,2°C, Q adalah debit air dalam liter/menit, qair dalam watt. d. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 21,312 kW. e. Laju aliran kalor yang diterima air paling tinggi pada suhu 35,9°C untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 13,452 kW. 67

(87) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 68 f. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater terbaik terdapat pada pembukaan tutup gas buang setinggi 2 cm, dinyatakan dengan persamaan : η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434. Persamaan ini berlaku untuk nilai 2,88 < Q < 34,8 pada tekanan udara luar (1 atm) dan suhu air masuk 27,2°C, Q adalah debit air dalam liter/menit, η dalam %. 6.2 Saran Beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan water heater : a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heater sangat berpengaruh. Gunakan bahan yang memiliki nilai konduktivitas termal tinggi, hal ini mempengaruhi proses perpindahan kalor. Semakin tinggi konduktivitas termal bahan, semakin baik proses perpindahan kalor yang terjadi. b. Udara sangat berpengaruh dalam proses pembakaran. Usahakan desain water heater memiliki lubang udara secukup mungkin agar kebutuhan udara terpenuhi pada proses pembakaran. c. Perancangan pipa saluran air dibuat spiral dua lintasan. Bentuk spiral dan jarak antara diameter spiral dalam dengan diameter spiral luar diusahakan untuk tidak terlalu rapat, hal ini bertujuan agar udara yang masuk dapat memenuhi sekitar pipa saluran air sehingga proses pembakaran dapat sempurna. d. Jika ingin melanjutkan penelitian tentang water heater ini, sebaiknya memperpanjang pipa saluran yang berada di luar water heater. Hal ini dilakukan karena suhu gas buang yang masih tinggi dapat dimanfaatkan untuk

(88) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI 69 memanaskan pipa saluran air yang berada di luar water heater sebelum masuk ke water heater sehingga kalor yang diterima dapat lebih maksimal. e. Penelitian water heater gas LPG dengan penambahan tutup gas buang masih dapat dilanjutkan untuk penyempurnaan hasil rancangan water heater gas LPG.

(89) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI DAFTAR PUSTAKA Dharma Panjilie, R. (2014) : Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter 0,5 Inchi Dan Bersirip, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma : Yogyakarta. Holman, J.P, 1988, Perpindahan Kalor, Edisi keenam, Erlangga : Jakarta. Kristianto, H. (2013) : Water Heater Dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang, Fakultas Sains dan 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 dan Teknologi Universitas Sanata Dharma : Yogyakarta. Anonim,nhttp://aptogaz.files.word,press.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapuranda.pdf, diakses pada tanggal 10 Februari 2014 Anonim,nhttp://tekim.undip.ac.id/images/download/PERPINDAHAN_PANAS.pdf, diakses pada tanggal 10 Februari 2014 Anonim,nhttp://www.rinnai.co.id/product-rinnai/REU-5CFB, tanggal 12 Februari 2014 diakses pada Anonim,nhttp://www.tokowaterheater.com/index.php, diakses pada tanggal 10 Februari 2014 Anonim,nhttp://staff.uny.ac.id/sites/default/files/TEMBAGA%20[Compatibility%2 0Mode].pdf, diakses pada tanggal 13 Februari 2014 Anonim,nhttp://id.wikipedia.org/wiki/Isolasi_termal, diakses pada tanggal 15 februari 2014 70

(90) PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI LAMPIRAN 71

(91)

Dokumen baru

Tags

Dokumen yang terkait

STUDI EKSPERIMENTAL KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR MODEL WATER HEATER KAPASITAS 10 LITER DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.
0
0
6
PENGUJIAN KINERJA WATER HEATER MERK LAKONI POSISI PIPA PEMANAS VERTIKAL DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.
0
0
6
PENGARUH PENAMBAHAN BLOWER DAN TUTUP VARIASI JUMLAH LUBANG PADA TUNGKU BRIKET BATUBARA TERHADAP TEMPERATUR DAN GAS CO HASIL PEMBAKARAN.
0
0
7
TUGAS AKHIR PENGARUH PENAMBAHAN SALURAN UDARA PENGARUH PENAMBAHAN SALURAN UDARA PEMANAS DENGAN PIPA LURUS PADA TUNGKU BATUBARA TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN.
0
1
5
TUGAS AKHIR PENGARUH PENAMBAHAN SALURAN UDARA PENGARUH PENAMBAHAN SALURAN UDARA PEMANAS DENGAN PIPA LURUS PADA TUNGKU BATUBARA TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN.
0
1
72
PENCEMARAN UDARA AKIBAT GAS BUANG KENDAR
0
1
15
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERUBAHAN DEBIT ALIRAN PADA EFISIENSI TERMAL SOLAR WATER HEATER DENGAN PENAMBAHAN FINNED TUBE
0
0
6
I WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR TUGAS AKHIR - Water Heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar - USD Repository
0
0
72
WATER HEATER DENGAN 3 MODEL PEMBUANGAN GAS BUANG TUGAS AKHIR - Water heater dengan 3 model pembuangan gas buang - USD Repository
0
0
124
PEMANAS AIR DENGAN PANJANG PIPA 25 METER DAN JUMLAH LUBANG INPUT UDARA TABUNG LUAR 150
0
0
72
KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 8 METER DAN DIAMETER 0,5 INCHI TANPA PENUTUP ATAS DAN DENGAN PENUTUP ATAS SKRIPSI
0
0
130
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METER
0
0
64
WATER HEATER TENAGA GAS LPG DENGAN PANJANG PIPA 10 METER, 640 LUBANG UDARA, DAN PENAMBAHAN PENUTUP GAS BUANG
0
0
99
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 320 LUBANG UDARA DAN PENAMBAHAN PENUTUP GAS BUANG
0
0
96
WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160 LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER BERTENAGA GAS LPG
0
1
98
Show more