karakteristik water heater dengan panjang ...water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar...

i

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG

PIPA 12 METER, DIAMETER 0,5 INCH DAN BERSIRIP

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

SUPARNO

NIM : 105214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH A 12

METERS LENGTH OF PIPE, A 0,5 INCHES OF DIAMETER

AND FINNED

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

SUPARNO

Student Number : 105214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014


iii


iv


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, 29 J anuai 20I 4

Supamo


LEMBAR PER}TYATAAN PERSETUJUANPUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI\

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama :Suparno

Nomor Mahasiswa : IA5214069

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Karakteristik Water Heater Dengan Panjang pipa 12 Meter Diameter 0,5 Inch dan

Bersirip

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

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 dan saya maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.

Yogyakarta, 29 J anuan 207 4

Yang menyatakan,

@Suparno

VI


vii

ABSTRAK

Kebutuhan akan air hangat yang digunakan untuk mandi semakin

meningkat. Alat yang dapat menghasilkan air hangat adalah pemanas air atau

water heater. Dari ketiga jenis water heater yang ada, water heater dengan

sumber energy dari gas LPG memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan

dengan water heater yang lain. Sehingga penulis tertarik untuk mendalami dan

mempelajari tentang water heater gas LPG dengan cara pembuatan dan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) Membuat alat water heater (b) Mengetahui

karakteristik dari water heater dengan sumber energi gas LPG yang telah dibuat :

(1) Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang

keluar dari water heater(2) Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju

perpindahan kalor yang diterima air (3) Mengetahui efisiensi dari water heater.

Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian termokopel, stopwacth,

gelas ukur, timbangan. Variasi yang dilakukan adalah merubah besar kecilnya

debit air yang masuk dan membuka tutup water heaterdengan 10 kali dan 20 kali

putaran. Batasan yang dilakukan di dalam penelitian : (a)Suhu air yang masuk

water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar mandi sekitar 25 0C – 27

0C (b) Bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch

dan panjang 12 meter (c) Temperatur air panas yang dihasilkan minimal

mempunyai suhu 40° C dengan debit 6 liter per menit (d) Menggunakan 2 lapisan

pelat dan berlubang

Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) Water heater yang

dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran (b) temperatur

yang dihasilkan sebesar 42,60C dengan debit 11,4 liter/menit pada kondisi tertutup

rapat(c) Laju aliran kalor yang diterima air sebesar 11,651 kW-14,292 kW pada

kondisi tertutup rapat (d) Nilai efisiensi yang dihasilkan water heater pada kondisi

tertutup rapat berkisar antara 31,89%-39,12%.

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


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik

dan lancar.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa

jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada

Jurusan 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. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus KanisiusPurwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

3. I Gusti Ketut Puja S.T.M.T selaku Dosen Pembimbing Akademik

4. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan

memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam

penyusunan skripsi ini

5. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak

dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan

Skripsi ini


6. Kedua orang tua saya Sutriyono dan Sadilah yang telah memberikan

dukungan, baik secara materi maupun spiritual

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 dapat menyempurnakannya.

Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima

kasih.

Yogyakarta, 29 J anuai 201 4

Penulis

IX


x

DAFTAR ISI

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

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

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

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xv

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

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

1.2. Tujuan............................................................................................ 2

1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.4. Manfaat.......................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ................................. 4

2.1. Dasar Teori .................................................................................... 4

2.2. Tinjauan Pustaka ........................................................................... 21

BAB III PEMBUATAN ALAT ....................................................................... 29


xi

3.1. Persiapan ....................................................................................... 29

3.2. Alat dan Bahan .............................................................................. 29

3.3. Pembuatan Alat ............................................................................. 36

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 40

4.1. Benda Uji....................................................................................... 40

4.2. Skematik Alat Penelitian ............................................................... 42

4.3. Alat Bantu Penelitian .................................................................... 42

4.4. Alur Penelitian............................................................................... 43

4.5. Variasi Penelitian .......................................................................... 44

4.6. Cara Mendapatkan Data ................................................................ 44

4.7. Cara Mengolah Data...................................................................... 44

4.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan .................................................... 45

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................. 46

5.1. Hasil Penelitian ............................................................................. 46

5.2. Perhitungan.................................................................................... 47

5.3.1. Hasil Pengambilan Data Dalam Bentuk Grafik .......................... 53

5.3.2. Pembahasan ................................................................................ 60

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 64

6.1. Kesimpulan.................................................................................... 64

6.2. Saran .............................................................................................. 67

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 68

LAMPIRAN ..................................................................................................... 69


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Water heater model 1 .................................................................... 5


Gambar 2.3 Water heatermodel 3 ..................................................................... 7


Gambar 2.5 Kompor gas ................................................................................... 15

Gambar 2.6 Selang regulator............................................................................. 15

Gambar 2.7 Penggunaan sirip pada pendingin ruangan .................................... 17

Gambar 2.8 Penggunaan sirip pada CPU komputer ......................................... 18

Gambar 2.9 Sirip yang dipasang pada saluran air ............................................. 18

Gambar 2.10 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga .......................................... 19

Gambar 2.11 Grafik efisiensi sirip siku empat.................................................... 19

Gambar 2.12 Aliran fluida dalam saluran air ...................................................... 21

Gambar 2.13 Water heater gas LPG tipe WH1 .................................................. 22



Gambar 2.16 Water heatergas LPG tipe WH4 ................................................... 25

Gambar 3.2 Alat pemotong pipa ....................................................................... 29

Gambar 3.3 Mesin las ....................................................................................... 30

Gambar 3.4 Gunting plat ................................................................................... 30

Gambar 3.5 Bor tangan ..................................................................................... 31

Gambar 3.6 Gerinda tangan .............................................................................. 31


xiii

Gambar 3.7 Penggaris ....................................................................................... 31

Gambar 3.8 Kunci pas ....................................................................................... 32

Gambar 3.9 Paku rivet....................................................................................... 32

Gambar 3.10 Pipa tembaga ................................................................................. 33

Gambar 3.11 Plat strip......................................................................................... 33

Gambar 3.12 Galvalum ....................................................................................... 34

Gambar 3.13 Besi naco ....................................................................................... 34

Gambar 3.14 Selang radiator............................................................................... 35

Gambar 3.15 Kaleng tiner ................................................................................... 35

Gambar 3.16 Pembentukan pipa ......................................................................... 36

Gambar 3.17 Pemasangan sirip ........................................................................... 36

Gambar 3.18 Pembentukan lingkaran ................................................................. 37

Gambar 3.19 Penyambungan kerangka............................................................... 37

Gambar 3.20 Membuat lubang untuk paku rivet ................................................ 38

Gambar 3.21 Pembuatan tabung bagian dalam ................................................... 38

Gambar 3.22 Tabung bagian dalam .................................................................... 39

Gambar 4.1 Pipa yang sudah dirol .................................................................... 40

Gambar 4.2 Water heater tampak samping ...................................................... 41

Gambar 4.3 Water heater tampak atas .............................................................. 41

Gambar 4.4 Skema rangkaian alat penelitian .................................................... 42

Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar

Water heater pada kondisi tertutup rapat .................................... 54

Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada


xiv

kondisi Water heater tertutup rapat ............................................. 54

Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater

pada kondisi tertutup rapat .......................................................... 55

Gambar 5.4 Hubungan antara debit air dengan air suhu keluar

Water heaterpada kondisi tutup terbuka 10 kali putaran ............. 55

Gambar 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada

Kondisi tutup Water heaterdibuka 10 kali putaran ..................... 56


pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran ................................... 56

Gambar 5.7 Hubungan antaradebit air dengan suhu air keluar

Water heaterpada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran .............. 57

Gambar 5.8 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor

pada kondisi tutup Water heaterdibuka 20 kali putaran .............. 57


pada kondisi tutup terbuka 20 kali putaran .................................. 58

Gambar 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar

Water heater pada kondisi tertutup rapat, tutup dibuka

10 kali putaran dan tutup dibuka 20 kali putaran ........................ 59


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai konduktifitas termal/bahan ....................................................... 11

Tabel 2.2 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG

dan bahan bakar lainnya ................................................................... 14

Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan logam ..................................................................... 16

Tabel 2.4 Sifat-sifat bahan bukan logam........................................................... 16

Tabel 5.1 Hasil pengujian pada kondisi ditutup rapat ....................................... 46

Tabel 5.2 Hasil pengujian pada kondisi dibuka 10 kali putaran ....................... 46

Tabel 5.3 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran .............. 47

Tabel 5.4 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi ditutup rapat............. 50

Tabel 5.5 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 10 kali

putaran .............................................................................................. 50

Tabel 5.6 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 20 kali

putaran .............................................................................................. 51

Tabel 5.7 Data efisiensi Water heaterpada kondisi tertutup rapat .................... 52

Tabel 5.8 Data efisiensi Water heater pada kondisi dibuka 10 kali

putaran .............................................................................................. 52

Tabel 5.9 Data efisiensi Water heater pada kondisi dibuka 20 kali

putaran .............................................................................................. 53


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman dan pertambahan penduduk, berbagai

kebutuhan manusia untuk menunjang kenyamanan hidupnya semakin meningkat.

Dengan memanfaatkan teknologi yang ada, manusia berusaha untuk memenuhi

segala macam kebutuhan untuk menunjang kenyamanan hidupnya. Kebutuhan

untuk menunjang kenyamanan hidup manusia diantaranya adalah kebutuhan air

hangat yang biasa digunakan untuk mandi

Salah satu alat yang digunakan untuk menghasilkan air hangat adalah

pemanas air atau water heater. Pembuatan alat ini berdasarkan akan kebutuhan air

hangat yang biasa digunakan untuk keperluan mandi. Semakin berkembangnya

teknologi, semakin banyak penemuan alat pemanas air modern yang lebih

canggih. Sumber energi yang digunakan juga bermacam-macam, diantaranya

adalah energi listrik, energi panas matahari dan gas LPG. Sehingga ditinjau dari

sumber energi untuk memanaskan air, water heater terdiri dari tiga jenis.

Dari ketiga jenis water heater tersebut, water heater dengan sumber panas

dari gas LPG memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan water

heater yang lain. Diantaranya adalah dapat digunakan dimanapun dan kapanpun

sehingga kebutuhan akan air panas dapat tercukupi. Dikatakan dapat

dipergunakan dimanapun karena water heater gas LPG ini dapat dipakai di

berbagai tempat, seperti di hotel, rumah sakit, perindustrian, dan rumah tangga.


2

Dapat dikatakan kapanpun karena water heater gas LPG dapat digunakan ketika

listrik padam atau di daerah yang tidak ada aliran listrik, di malam hari atau siang

hari pada saat cuaca yang mendung. Selain itu water heater gas LPG, lebih cepat

memanaskan air, sehingga tidak perlu waktu untuk menunggu. Demikian juga

tidak terbatas dengan jumlah air panas yang akan dipergunakan untuk mandi.

Dibandingkan dengan pemanas energi surya, water heater gas LPG kurang

ramah lingkungan, karena menghasilkan gas buang hasil pembakaran gas LPG.

Selain itu gas LPG akan habis bila dipakai terus menerus sehingga memerlukan

waktu untuk mengisi kembali, berbeda dengan energi surya yang tidak akan

pernah habis. Bila dibandingkan dengan pemanas energi listrik, water heater gas

LPG lebih hemat listrik, tetapi ada biaya yang dipergunakan untuk membeli gas

LPG. Selain itu dalam memanaskan air, penggunaan gas LPG lebih cepat dari

penggunaan energi listrik, hanya saja kurang ramah lingkungan.

Dengan latar belakang tersebut, penulis terpancing untuk mendalami water

heater gas LPG dengan cara melakukan pembuatan dan penelitian tentang water

heater. Diharapkan nilai efisiensi dari water heater yang dihasilkan dapat

bersaing dengan water heater yang ada di pasaran atau dapat menghasilkan suhu

air keluar dari water heater lebih tinggi dari suhu air keluar dari water heater

yang ada di pasaran dengan debit yang sama.

1.2. Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang pemanas air atau water heater dengan sumber

panas gas LPG ini adalah :

a. Membuat alat water heater dengan sumber energi gas LPG.


3

b. Mengetahui karakteristik dari water heater dengan sumber energi gas LPG

yang telah dibuat :

1. Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang

keluar dari water heater.

2. Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor

yang diterima air.

3. Mengetahui efisiensi dari water heater.

1.3. Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian

ini adalah :

a. Suhu air yang masuk water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar

mandi sekitar 25 0C – 27

0C

b. Bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch

dan panjang 12 meter.

c. Temperatur air panas yang dihasilkan minimal mempunyai suhu 40° C

dengan debit 6 liter per menit

d. Menggunakan 2 lapisan pelat dan berlubang

1.4. Manfaat

Manfaat penelitian tentang peralatan pemanas air dengan sumber panas dari

gas LPG ini adalah :

a. Memperoleh data efisiensi water heater buatan sendiri dengan panjang pipa

12 meter, diameter 0,5 inch.


4

b. Dapat menjadi referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian

tentang water heater.

c. Dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan

tentang penukar kalor khususnya tentang water heater


5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Water heater yang ada di pasaran

Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran dengan berbagai

macam model dan bentuk. Ada 4 contoh Water heater yang akan dibahas, yang

memiliki cara kerja yang berbeda-beda.

a. Water heater model 1

Semua Water heater memiliki cara kerja yang sederhana yaitu sama seperti

memasak air. Perbedaannya adalah terletak pada kondisi/keadaan air yang

dipanaskan dan rangkaian dari water heater tersebut.

Gambar 2.1 Water Heater model 1


6

Untuk mendapatkan air panas dari water heater model ini adalah dengan

cara melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas

karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada model ini

saluran pipa air tidak kontak langsung dengan api atau tidak kontak langsung

dengan gas buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa.

Pada model ini terdapat fan atau kipas yang berfungsi untuk membantu proses

pembakaran dengan cara mengalirkan oksigen yang ada di udara. Gas buang hasil

pembakaran yang sudah dingin dibuang melewati saluran yang berada di atas

water heater

b. Water heater model 2

Pada water heater model 2 ini prinsip kerjanya sama seperti memasak air

tetapi ada pipa untuk aliran air. Berbeda dengan water heater model 1, pada water

heater model 2 ini terdapat penampung air. Air dingin mengalir masuk melalui

saluran masuk dan setelah panas keluar melalui saluran keluar.

Gambar 2.2 Water heater model 2


7

Dari Gambar 2.2 terlihat bahwa pipa aliran air masuk berwarna biru

sedangkan pipa aliran keluar berwarna merah. Di dalam penampung air juga

terdapat pipa untuk aliran gas buang. Jika dibandingkan dengan water heater

model 1, water heater model 2 ini proses awal untuk memanaskan air lebih lama

karena air berada pada penampung air dengan jumlah yang banyak sedangkan air

pada water heater model 1 air yang dipanaskan lebih sedikit karena berada pada

pipa yang langsung dipanaskan.

c. Water heater model 3

Untuk mendapatkan air panas dari Water Heater model 3 dilakukan dengan

cara memanaskan saluran pipa air secara langsung dengan api atau gas buang

yang bersuhu tinggi.



8

Pipa saluran air yang digunakan untuk mengalirkan air ini berada di dalam

tabung, dibuat spiral dan kontak langsung dengan api atau gas buang yang

bersuhu tinggi. Terdapat fan yang berfungsi untuk mengalirkan oksigen dari luar.

Air yang dipanaskan adalah air yang mengalir di dalam pipa yang langsung

kontak dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi.

d. Water heater model 4

Cara kerja water heater model 4 ini hampir sama dengan water heater

model 2. Air yang dipanaskan berada di dalam penampung air. Perbedaannya

terdapat pada caranya membuang gas buang yang dipergunakan untuk

memanaskan air.



9

Di dalam saluran gas buang terdapat spiral yang mengarahkan jalan

keluarnya gas buang. Dengan adanya spiral ini, diharapkan gas buang tidak

langsung keluar. Gas buang dibuat berada lebih lama di dalam saluran, agar

semua panas dapat dipindahkan ke pipa saluran air. Suhu keluar gas buang ketika

keluar water heater tidak tinggi dan suhu air di dalam saluran pipa menjadi lebih

tinggi (bila dibandingkan dengan water heater model 2).

2.1.2. Perpindahan Kalor

Kalor adalah energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat

lainnya. Perpindahan kalor ini disebabkan adanya perbedaan suhu di antara kedua

tempat tersebut. Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi dan

radiasi.

a. Perpindahan Kalor Konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa

disertai perpindahan partikel-partikel zat perantara. Peristiwa perpindahan kalor

secara konduksi terjadi bila benda yang bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda

yang bersuhu rendah. Berdasarkan teori partikel, partikel penyusun benda yang

bersuhu tinggi mempunyai energi kinetik yang tinggi pula. Hal ini berarti

partikelnya bergerak dengan cepat. Sebaliknya pada benda yang bersuhu rendah,

partikel-partikelnya bergerak lebih lambat. Dari hasil percobaan para ahli, ternyata

ditemukan ada benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda

yang sukar menghantarkan kalor. Pada water heater perpindahan kalor secara

konduksi terjadi pada permukaan luar pipa ke permukaan bagian dalam pipa, dari

sirip ke permukaan pipa.


10

b. Perpindahan Kalor Konveksi

Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan energi kalor yang diikuti

gerak partikel-partikel zat perantara atau mediumnya. Pada perpindahan kalor ini

dapat terjadi pada zat cair dan gas. Sebagai contoh perpindahan kalor konveksi

pada zat cair adalah pada saat kita memasak air, meskipun yang dipanaskan hanya

air bagian bawah namun air bagian atas dapat berubah suhunya. Hal ini

menunjukkan bahwa terjadi aliran kalor dari air bagian bawah ke air bagian atas.

Sedangkan perpindahan kalor konveksi di udara adalah terjadinya angin laut pada

siang hari dan angin darat pada malam hari. Terjadi angin laut dan darat karena

adanya perbedaan suhu antara laut dengan darat yang menyebabkan perbedaan

massa jenis udara diatas permukaan darat dan permukaan laut. Pada water heater

perpindahan kalor secara konveksi terjadi dari permukaan dalam pipa menuju air

yang ada di dalam pipa.

c. Perpindahan Kalor Radiasi

Perpindahan kalor radiasi adalah perpindahan kalor yang dapat terjadi tanpa

melalui zat perantara. Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka udara

akan terasa panas. Atau saat berada di sekitar api unggun, orang yang berada di

sekitar api unggun akan merasakan hangat walaupun tidak bersentuhan dengan api

secara langsung. Pada water heater perpindahan kalor secara radiasi terjadi pada

tabung bagian dalam menuju tabung bagian luar, dari tabung bagian luar ke udara

di sekitar alat pemanas air


11

2.1.3. Perancangan pipa saluran air

Untuk aliran air pada water heater ini menggunakan pipa tembaga yang

dibentuk seperti spiral. Ada berbagai hal yang dipertimbangkan dalam pembuatan

saluran air ini, diantaranya adalah :

a. Pemilihan bahan

Pipa yang dipilih harus memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi.

Sehingga bahan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu

memindahkan kalor yang diterima dari api menuju fluida yang mengalir di dalam

pipa. Konduktivitas termal suatu benda adalah kemampuan suatu benda untuk

memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang memiliki konduktivitas

termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang

baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal kecil merupakan

penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk). Semakin tinggi nilai

konduktivitas termal bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Selain itu dalam

pemilihan saluran air juga harus mempertimbangkan harga dari saluran pipanya.

Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan ( sumber: Holman, J.P,

1993, Perpindahan kalor)

No Bahan Nilai konduktifitas termal

Watt/m.ºC

1 Baja 40

2 Perak 419

3 Tembaga 380

4 Alumunium 204

5 Gabus 0,042


12

Berdasarkan Tabel 2.1, dipilih bahan pipa dari tembaga yang memiliki

nilai konduktivitas yang tinggi dengan harga yang terjangkau.

b. Pemilihan diameter pipa

Pemilihan diameter pipa juga merupakan hal yang penting, semakin kecil

diameter pipa, semakin besar daya pompa. Semakin kecil diameter, semakin

besar hambatannya. Ukuran diameter pipa dipilih sedemikian sehingga tidak

menghasilkan daya pompa yang besar, tetapi harga jual water heater dapat

terjangkau.

c. Hambatan pipa

Hambatan yang terjadi ketika air mengalir diusahakan kecil. Dalam

pembentukan saluran pipa tidak dibuat pipa yang melengkung tajam agar

hambatan yang dihasilkan tidak besar. Apabila terjadi pembelokan saluran, sudut

pembelokan diusahakan lebih besar dari sudut 90°. Hal ini dimaksudkan agar

gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil dan daya pompa yang

diperlukan untuk mendorong air lebih kecil. Dengan alasan tersebut, saluran pipa

di buat berbentuk spiral.

2.1.4. Bahan Bakar

Pada penelitian ini proses pembakarannya menggunakan bahan bakar dari

gas yaitu gas LPG (Liquified Petroleum Gas). Di Indonesia ada tiga macam LPG

yang diproduksi dan dipasarkan oleh PT. Pertamina yaitu bahan bakar gas LPG

untuk rumah tangga, gas LPG Propana dan gas LPG Butana. Komponen utama

bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak dan gas) adalah gas propana

83HC dan butana 104 HC , dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %,


13

selebihnya adalah gas pentana 125HC yang dicairkan. Perbandingan komposisi

propana dan butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis

sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung

sekitar 5 – 6,2 2cmkg

. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan

umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi

kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah.

Reaksi pembakaran propana 83HC , jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

83HC + 5 2O → 3 2CO + 4 OH 2 + panas

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut

setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg

Reaksi pembakaran butana 104HC , jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

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

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama

dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.


14

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

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

ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293,020 J. Pada tahap ini, air baru

mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi sebesar 2257 J/gr

air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar 1 kg propana memiliki

volume sekitar 0,543. Satu Kg LPG memiliki energi yang setara untuk

mendidihkan air 90 liter. Tabel 2.2 menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat

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

gas LPG berkisar sebesar 60 %

Tabel 2.2 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG

dan bahan bakar lainnya (Sumber :

http://aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-

dapur-anda.pdf)

Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak

Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15%

Arang 8.000 kkal/kg 15%

Minyak tanah 11.000 kkal/kg 40%

Gas kota 4.500 kkal/m3 55%

Listrik 860 kkal/kWh 60%

LPG 11.900 kkal/kg 60%

2.1.5 Sumber Api

Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam

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

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

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


15

kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api

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

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

akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran

pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water

heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api

berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran.

Gambar 2.5 Kompor gas Gambar 2.6 Selang regulator

2.1.6. Isolator dan konduktor

Dari hasil percobaan para ahli, ternyata ditemukan ada benda yang dapat

menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda yang sukar menghantarkan

kalor. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor tersebut, benda dibedakan

menjadi dua yaitu : (a) Konduktor dan (b) Isolator


16

a. Konduktor adalah benda-benda yang mudah menghantarkan kalor dari

suatu tempat ke tempat yang lain. Contohnya adalah besi, alumunium, tembaga,

seng. Nilai sifat-sifat dari berbagai bahan dari logam dapat dilihat pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan logam pada suhu 200C ( sumber: Holman, J.P, 1993,

Perpindahan kalor)

No Bahan k (W/mºC) cp (kJ.kg.˚C) ρ (kg/m3) α (m

2/sx10

2)

1 Perak 419 0,2340 10,524 17,004

2 Tembaga 385 0,091 558 4,42

3 Alumunium 204 0,208 169 3,33

4 Seng 112 0,091 446 1,60

5 Besi 58 0,11 474 0,63

6 Baja 54 0,465 7,833 1,474

b. Isolator adalah benda-benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari

suatu tempat ke tempat yang lain. Contoh benda yang termasuk isolator adalah

kayu, kain, gabus, dan air. Pada penelitian ini isolator diperlukan agar hasil

pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari water heater. Pemanas air ini

memiliki tiga tabung yang berdiameter berbeda. Proses pembakaran terjadi di

dalam tabung yang berdiameter kecil. Agar panas yang dihasilkan tidak banyak

keluar diperlukan isolator. Yang dapat digunakan sebagai isolator adalah udara

yang terdapat diantara tabung berdiameter kecil dan tabung berdiameter besar.


17

Tabel 2.4 Sifat-sifat bahan bukan logam ( sumber: Holman, J.P, 1993,

Perpindahan kalor)

No Bahan k (W/mºC) c (kJ/kg.˚C) ρ (kg/m3) α (m

2/sx10

7)

1 Asbes 0,154 0,816 470-570 3,3-4

2 Gabus 0,045 1,88 45-120 2-5,3

3 Gelas 0,78 0,84 2700 3,4

4 Bata bangunan 0,69 0,84 1600 5,2

5 Udara 0,009246 1.0266 3.601 0.02501

2.1.7. Sirip

Sirip sering digunakan pada alat penukar kalor untuk meningkatkan luasan

perpindahan kalor antara permukaan utama dengan fluida di sekitarnya. Sirip

biasa digunakan dalam pengkondisian udara dan juga peralatan elektronik, motor

listrik dan lain-lain. Dalam semua peralatan tersebut udara digunakan sebagai

media perpindahan panas. Idealnya, material sirip harus mempunyai konduktivitas

termal yang tinggi sehingga dapat membantu perpindahan panas dari sumber api

ke air. Semakin besar dan banyak sirip yang dipasang maka semakin besar pula

kalor yang dipindahkan. Gambar 2.7 memperlihatkan contoh penggunaan sirip di

evaporator yang merupakan alat penukar kalor.


18

Gambar 2.7 Penggunaan sirip pada pendingin ruangan

Gambar 2.8 Penggunaan sirip pada CPU komputer

Pada penelitian ini, sirip yang digunakan berbahan dari pipa tembaga yang

dipotong dan dikaitkan pada pipa saluran air.


19

Gambar 2.9 Sirip yang dipasang pada saluran air

Gambar 2.10 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, J.P,

1993, Perpindahan kalor)


20

Gambar 2.11 Grafik efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993,

Perpindahan kalor)

2.1.8. Saluran udara masuk

Pada proses pembakaran diperlukan oksigen yang diambil dari udara

bebas. Karena sumber api berada di bawah alat pemanas air sehingga harus ada

saluran udara, agar udara bisa masuk sehingga proses pembakaran dapat terjadi

dengan sempurna. Jika kekurangan oksigen dapat menyebabkan proses

pembakaran yang tidak sempurna dan panas yang dihasilkan tidak sesuai yang

diharapkan. Sehingga diantara alat pemanas air dengan sumber api diberi jarak

atau celah yang bertujuan untuk memberikan ruang atau saluran udara masuk.

2.1.9. Saluran gas buang

Pada proses pembakaran selain menghasilkan panas juga menghasilkan

gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air. Agar nyala api

tidak terganggu oleh gas buang maka harus dibuat saluran gas buang supaya gas


21

buang bisa keluar. Dalam perancangan saluran gas buang perlu

mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi dan diusahakan

gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Selain itu perancangan saluran

gas buang harus dipilih sedemikian rupa sehingga tidak menggangu pengguna dari

water heater. Perancangan saluran gas buang juga menentukan nyala api yang

dihasilkan. Jika saluran gas buang terancang dengan baik maka api akan berfungsi

dengan baik untuk memanaskan air

2.1.10. Laju aliran kalor

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

dihitung dengan persamaan (2.2). Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa

air menggunakan persamaan (2.1)

Gambar 2.12 Aliran fluida dalam saluran air

airkecepatanpenampangluasjenismassamair

airm mur 2

(2.1)

oiairairair TTcmq (2.2)

Pada persamaan (2.1) dan (2.2)

airq : laju aliran kalor yang diterima air, watt

airm : laju aliran massa air, kg/detik


22

airc : kalor jenis air, 4179 J/kgoC.

Tin : suhu air masuk water heater, oC

Tout : suhu air keluar water heater, oC.

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

: massa jenis fluida yang mengalir, kg/ 3m

d : diameter saluran, m

Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

gasq = gasgascm (2.3)

Pada persamaan (2.3) :

gasm : massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

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

2.1.11. Efisiensi Water Heater

Efisiensi Water Heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4)

%100xq

q

gas

air (2.4)

Pada persamaan (2.4) :

: Efisiensi water heater (%)

airq : Laju aliran kalor yang diterima air, watt

gasq : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

2.2.1. Tinjauan Pustaka

Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran. Bermacam – macam

juga yang ditawarkan dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, suhu yang


23

dihasilkan dan bahan bakar yang digunakan. Referensi pembuatan water heater

dengan bahan bakar gas LPG pada penelitian ini mengacu pada beberapa water

yang beredar di pasaran, seperti pada gambar yang tersaji berikut :

a. Water Heater gas LPG tipe WH1

Gambar 2.13 Water heater gas LPG tipe WH1

Spesifikasi :

• Jenis : Instan

• Pemasangan : Vertikal

• Sumber pemanas : Gas LPG

• Bahan pipa saluran air : Tembaga

Fitur Teknis ::

• Kapasitas (liter) : 6 liter / menit

• Tekanan air maksimum (bar) : 0.8

• Diameter pipa koneksi (inch) : 0.4

• Suhu (°celcius) : 75

• Kalori (kcal/h) : 8600

• Input gas (kg/h) : 0.78


24

Dimensi Produk ::

• Panjang (cm) : 30

• Lebar (cm) : 4.6

• Tinggi (cm) : 44

• Berat (kg) : 13

b. Water Heater gas LPG tipe WH2

Gambar 2.14 Water heater gas LPG tipe WH 2

Spesifikasi :

• Jenis : Instan

• Pemasangan : Vertikal

• Sumber pemanas : Gas

• Bahan pipa saluran air : Tembaga

Fitur Teknis ::

• Kapasitas (liter) : 6 liter / menit

• Tekanan air maksimum (bar) : 0.8

• Diameter pipa koneksi (inch) : 0.4

• Suhu (°celcius) : 75

• Kalori (kcal/h) : 8600

• Input gas (kg/h) : 0.78


25

Dimensi Produk :

• Panjang (cm) : 30

• Lebar (cm) : 4.6

• Tinggi (cm) : 44

• Berat (kg) : 13

c. Water Heater gas LPG tipe WH3


Spesifikasi :

Ukuran ( PxLxT) mm :

Pemasangan : Eksternal/ Internal*

P369 x L290 x T138

Berat : 6, 1 Kg

Kapasitas air panas : 5 ltr/ mnt

Gas Input : 0, 5 Kg/ h

Ignition : Baterai

Tekanan Gas : 280 mm H2O

Suhu : 60o C

Outlet Gas : 1/ 2 "

Outlet Air Dingin : 1/ 2 "


26

Outlet Air Panas : 1/ 2 "

Tekanan Air Minimum : 0, 2 kgf/ cm2

Instant Warm System : No

d. Water Heater gas LPG tipe WH4


Spesifikasi :

Instalasi : Eksternal / Internal

Kapasitas : 5 ltr/mnt

Ignition : Baterai ukuran D

Tekanan Gas : 280mm H20

Suhu : 60o C

Outlet Gas : ½”

Outles Air Dingin : ½”

Outlet Air Panas : ½”

Tekanan Air Minimum : 0,2 kgf/cm²


27

2.2.2. Hasil penelitian

Putra, P.H (2012) melakukan penelitian tentang karakteristik water heater

dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada

dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300

lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water

heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Penelitian bertujuan (a)

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

air dengan suhu air yang keluar dari water heater, (c) mendapatkan hubungan

antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d)

mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Penelitian

memperoleh hasil (a) water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water

heater yang ada di pasaran, mampu menghasilkan air panas dengan temperatur

42,9 °C pada debit 10 liter/menit, (b) hubungan antara debit air yang mengalir (m)

dengan temperatur 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

= 0,997, (c) hubungan antara debit air yang mengalir dengan

laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair = 17,09 m3 – 489 m

2 +

439 m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2

= 0,94 (d) hubungan

antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan

dengan persamaan η = 0,077 m3 -2,208 m

2 + 19,84 m + 16,50 (m dalam

liter/menit, η dalam persen) dan R2 = 0,94

Setiawan, Eko (2012) melakukan penelitian tentang pemanas air dengan

dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding


28

dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 150 lubang

masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater,

dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci yang bertujuan untuk (a)

merancang dan membuat water heater, (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 diterima water heater (e)

menghitung kalor gas LPG dan (f) menghitung efisiensi water heater. Penelitian

ini memperoleh hasil (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu

bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran : 14

liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 45 ˚C, (b) Hubungan antara

debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan

persamaan : T

out = 0,297 m

air 2

– 9,566 m

air + 121,9 ( m

air dalam liter/menit, T

out dalam

˚C ) R2

= 0,990, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran

kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : q

air = - 171,9 m

air2

+ 3154 m

air

+ 6873 ( m

air dalam liter/menit, q

air dalam watt) R2

= 0,967, (d) kalor yang diterima

air dari water heater berkisar antara : 17551,8 – 14216,96 watt. Jumlah kalor

terbesar 17551,8 watt, (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt,

(f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang

diperlukan dinyatakan dengan persamaan : n = - 0,776 mair2

+ 14,24 mair + 31,04

(mair dalam liter/menit, n dalam %) R2

= 0,967


29

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1. Persiapan

Persiapan-persiapan yang dilakukan sebelum pembuatan alat antara lain :

a. Membuat rancangan atau bentuk water heater

b. Menentukan dan membeli bahan yang akan digunakan

c. Menyiapkan beberapa peralatan yang digunakan

3.2. Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah :

a. Alat rol pipa

b. Pemotong pipa

Gambar 3.2 Alat pemotong pipa

Alat ini digunakan untuk memotong pipa

c. Mesin las


30

Digunakan untuk menyambung besi naco dalam pembuatan kerangka

maupun tutup water heater

Gambar 3.3 Mesin las

d. Gunting plat

Gambar 3.4 Gunting plat

Alat ini digunakan untuk memotong plat galvalum

e. Bor tangan


31

Alat ini digunakan untuk membuat lubang pada plat galvalum

Gambar 3.5 Bor tangan

f. Gerinda tangan

Gambar 3.6 Gerinda tangan

Alat ini digunakan untuk merapikan hasil las

g. Penggaris

Gambar 3.7 Penggaris


32

Alat ini digunakan untuk mengukur bahan-bahan yang digunakan.

h. Kunci pas

Gambar 3.8 Kunci pas

Alat ini digunakan untuk memasang baut untuk menempelkan sirip pada

pipa

i. Paku rivet

Gambar 3.9 Paku rivet


33

Alat ini digunakan untuk mengancing plat galvalum pada kerangka

Bahan-bahan yang digunakan antara lain :

a) Pipa tembaga

Gambar 3.10 Pipa Tembaga

Pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch, untuk saluran air.

b) Plat strip

Gambar 3.11 Plat strip


34

Selain untuk kerangka, plat ini digunakan untuk menempelkan plat

galvalum dengan bantuan paku rivet.

c) Galvalum

Gambar 3.12 Plat galvalum

Plat galvalum ini sebagai lapisan tabung.

d) Besi naco

Gambar 3.13 Besi nako


35

Besi ini digunakan sebagai kerangka.

e) Selang radiator

Gambar 3.14 Selang radiator

Selang radiator digunakan untuk penghubung antara ujung pipa tembaga

dengan selang air

f) Kaleng tineer

Gambar 3.15 Kaleng tiner


36

Bahan ini digunakan sebagai dasar dari tabung bagian dalam

3.3. Pembuatan Alat

a. Mengerol pipa

Pipa tembaga dipotong sesuai ukuran, pipa tersebut dibentuk sedemikian

rupa menggunakan alat rol sehingga berbentuk spiral. Proses ini menggunakan

alat rol dengan bantuan rantang agar menjadi bentuk silinder.

Gambar 3.16 Pembentukan pipa

b. Memasang sirip

Sirip yang dipasang ada empat buah yang ditempel pada pipa tembaga yang

sudah di rol di bagian dalam dan luar. Pemasangan ini menggunakan baut dan

mur. Sirip dilubangi dulu menggunakan bor

Gambar 3.17 Pemasangan sirip


37

c. Membuat kerangka water heater

Karena water heater ini menggunakan dua tabung bagian luar dan satu

tabung di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral, sehingga kerangka dibuat dua

bagian. Pembuatan kerangka ini bertujuan untuk membantu agar water heater

bisa berdiri kokoh dan tabung yang digunakan menjadi lebih rapi. Langkah

pertama yang dilakukan yaitu membuat lingkaran dengan besi naco.

Gambar 3.18 Pembentukan lingkaran

Setelah proses pembentukan besi naco menjadi lingkaran untuk atas dan

bawah, langkah selanjutnya yaitu menyambung antara lingkaran dan plat strip

dengan las listrik.

Gambar 3.19 Penyambungan kerangka


38

Langkah terakhir yaitu memasang galvalum untuk melapisi kerangka.

sebelumnya pada titik penyambungan dengan las dirapikan dan dibersihkan

menggunakan gerinda tangan. Agar galvalum bisa menempel pada kerangka

dengan rapat, digunakan paku rivet. Sebelum menggunakan paku, galvalum

ditempelkan pada kerangka dan dilubangi dengan bor. Sehingga paku bisa masuk.

Gambar 3.20 Membuat lubang untuk paku rivet

d. Membuat tabung bagian dalam

Di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral diberi sebuah tabung. Tabung ini

terbuat dari plat galvalum yang dililitkan pada kaleng. Karena bagian bawah

tabung tidak berlubang sehingga digunakan kaleng sebagai dasar

Gambar 3.21 Pembuatan tabung bagian dalam


39

Tabung ini berfungsi untuk menampung udara dari luar water heater yang

dibutuhkan untuk proses pembakaran.

Gambar 3.22 Tabung bagian dalam

e. Memasukkan pipa tembaga yang sudah dirol ke dalam kerangka

Setelah proses pembuatan kerangka sudah jadi langkah selanjutnya yaitu

pipa tembaga yang digunakan untuk saluran air dimasukkan ke dalam kerangka.

f. Membuat lubang udara

Galvalum yang terpasang pada kerangka kemudian dilubangi dengan bor.

Lubang udara ini tembus dari tabung luar hingga tabung bagian dalam.


40

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Benda Uji

Alat yang akan diuji dan dilakukan penelitian adalah Water heater bersirip

dengan 2 tabung diluar pipa spiral dan 1 tabung di dalam pipa spiral yang bagian

bawahnya tertutup. Gambar Water heater disajikan pada Gambar 4.1 sampai

Gambar 4.3, Gambar 4.1 memperlihatkan pipa tembaga yang sudah dirol tampak

dari samping. Gambar 4.2 memperlihatkan water heater tampak dari samping.

Gambar 4.3 memperlihatkan water heater tampak dari atas.

Gambar 4.1 Pipa yang sudah dirol

Setelah pipa dirol menjadi spiral seperti pada Gambar 4.1, kemudian

dimasukkan ke dalam tabung yang memiliki kerangka.


41

Gambar 4.2 Water heater tampak samping

Gambar 4.3 Water heater tampak atas


42

4.2. Skematik Alat Penelitian

Skematik pengujian alat penelitian telah tergambar dan disajikan pada

Gambar 4.4

Gambar 4.4 Skema rangkaian alat penelitian

Air mengalir yang akan digunakan untuk penelitian berasal dari air kran

yang dihubungkan dengan selang menuju water heater. Kran digunakan untuk

mengatur jumlah debit air yang mengalir di dalam water heater. Untuk

menghindari selang yang meleleh karena pengaruh panas dari pipa digunakan

selang radiator. Karena selang radiator ini tahan terhadap panas sehingga

digunakan sebagai penghubung antara selang dan pipa tembaga yang panas.

Kompor berbahan gas LPG digunakan untuk memanasi air yang mengalir di

dalam water heater.

4.3. Alat Bantu Penelitian

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater bersirip yang

berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut :

a. Kran, sebagai pengatur debit air


43

b. Selang air, digunakan untuk mengalirkan air dari kran ke dalam water

heater.

c. Selang radiator sebagai penghubung antara selang air dan pipa tembaga

yang panas

d. Kompor dan gas LPG 3 Kg, sebagai pengatur debit gas dan penyuplai kalor

e. Klem selang, sebagai pengunci sambungan selang

f. Thermokopel, alat ukur yang digunakan untuk mengukur suhu air panas

yang keluar.

g. Stopwatch, untuk penunjuk waktu

h. Kalkulator dan alat tulis digunakan untuk menulis dan mengolah data

i. Gelas ukur, digunakan untuk mengukur banyaknya air per menit.

4.4. Alur Penelitian

Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

a. Proses pemanasan

Water heater dipanaskan di atas kompor yang menyala. Dibutuhkan waktu

beberapa saat untuk menunggu perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi

dari api dan udara sekitar menuju ke permukaan luar pipa spiral dan permukaan

sirip dan mengalir ke permukaan dalam pipa.

b. Mengalirkan air

Setelah pipa saluran air mulai panas, kran air yang terhubung dengan pipa

input dibuka. Sehingga air dapat mengalir ke dalam water heater. Air mengalir di

dalam saluran pipa akan menerima aliran kalor dari sumber panas. Kalor mengalir


44

dari permukaan luar pipa menuju permukaan dalam pipa dan akhirnya mengalir ke

air yang mengalir.

c. Pengukuran

Dalam pengambilan data parameter yang diukur antara lain :

1) Temperatur air masuk

2) Temperatur air keluar

3) Debit air yang mengalir dalam water heater

4) Suhu udara sekitar

4.5. Variasi Penelitian

Variasi yang dilakukan adalah merubah besar kecilnya debit air yang masuk

ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water heater. Selain

itu variasi yang dilakukan adalah variasi membuka tutup water heater. Variasi ini

dilakukan dengan cara membuka tutup dengan 10 kali putaran dan 20 kali putaran.

4.6. Cara mendapatkan data

Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir

mengggunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap

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

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

ada perubahan debit air.

4.7. Cara mengolah data

Dari data-data yang diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data - data

kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

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


45

b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater.

c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan persamaan

(2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data disajikan dalam

bentuk grafik.

4.8. Cara mendapatkan kesimpulan

Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater

menggunakan sirip berbahan bakar LPG dapat dilakukan dengan mempergunakan

fasilitas dari Microsoft Excel.


46

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil Penelitian

Hasil penelitian dari water heater, yang meliputi : Debit air, Suhu air masuk

Tin, Suhu air keluar Tout disajikan pada Tabel 5.1, 5.2 dan 5.3

Tabel 5.1 Hasil pengujian pada kondisi ditutup rapat

No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk

Tin (°C)

Suhu air keluar

Tout (°C) ΔT (°C)

1 28,5 26 33,2 7,2

2 23,88 26 34,2 8,2

3 21,06 26 35,5 9,5

4 16,2 26 38,1 12,1

5 14,28 26 39,6 13,6

6 11,4 26 42,6 16,6

7 9,6 26 45,8 19,8

8 7,8 26 50,8 24,8

9 5,4 26 59,7 33,7

10 4,08 26 67 41

Tabel 5.2 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 10 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk

Tin (°C)

Suhu air keluar


1 28,2 26 32,8 6,8

2 24,78 26 34,1 8,1

3 20,88 26 35,5 9,5

4 14,94 26 39 13

5 12 26 41,7 15,7

6 8,7 26 47,6 21,6

7 5,1 26 58,2 32,2

8 3,3 26 71,9 45,9

9 2,1 26 88,1 62,1

10 0,9 26 98,2 72,2


47

Tabel 5.3 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk

Tin (°C)

Suhu air keluar


1 39,6 26 28 2

2 37,2 26 30 4

3 28,68 26 31,3 5,3

4 26,4 26 32,3 6,3

5 22,8 26 33 7

6 19,2 26 34,7 8,7

7 16 26 37 11

8 11 26 41,4 15,4

9 7 26 48,1 22,1

10 2 26 79,9 53,9

Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada

kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang digunakan adalah air

dari kran.

5.2. Perhitungan

Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air ṁair dan laju

aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mengggunakan data-data yang

tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah :

Jari jari pipa saluran (r) : 0,25 inci = 0,00635 m

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

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

Laju aliran massa gas (mgas) : 0,044 kg/menit

Kapasitas panas gas (Cgas) : 11900 kkal/kg (=11900 x 4186,6 J/kg)


48

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um )

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa

air mempergunakan persamaan :

smr

airdebit

pipapenampangluas

airdebitum /

2

(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat

debit aliran air sebesar 28,5 liter/menit. (Data lain pada Tabel 5.1). Satuan debit

air diubah dalam satuan m3/s.

smxs

mx

menit

literairdebit /10475,0

60

105,285,28 3333

(5.2)

Kecepatan air rata rata um :

2r

airdebitum

(5.3)

sm

mx

smxum

/75,3

00635,0,014,3

/10475,022

33

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4

5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air (ṁair)

Perhitungan laju aliran massa air ṁair di dalam saluran pipa air

menggunakan persamaan (2.1)


49

ṁ airkecepatanpenampangluasjenismassaair

ṁ skgxair /75,300635,014,31000 2

skg /475,0

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

mempergunakan Persamaan (2.2)

airq TinToutairjeniskalormassalajualiran

262,334179475,0 airq

kW

sJ

292,14

/)2,7)(025,1985(

*Catatan : 1 watt = J/s

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

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

mempergunakan Persamaan (2.3)

gasq = laju aliran massa gas . kapasitas panas gas

gasq = ṁgas.Cgas


50

gasq )6,4186.11900).(60/044,0(

kW5,36

Tabel 5.4 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi ditutup rapat

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Debit air

(m³/s)

Qgas

(kWatt)

1 28,5 26 33,2 7,2 0,475 3,75 14,292 0,000475 36,535

2 23,88 26 34,2 8,2 0,398 3,14 13,639 0,000398 36,535

3 21,06 26 35,5 9,5 0,351 2,77 13,935 0,000351 36,535

4 16,2 26 38,1 12,1 0,270 2,13 13,653 0,000270 36,535

5 14,28 26 39,6 13,6 0,238 1,88 13,527 0,000238 36,535

6 11,4 26 42,6 16,6 0,190 1,50 13,181 0,000190 36,535

7 9,6 26 45,8 19,8 0,160 1,26 13,239 0,000160 36,535

8 7,8 26 50,8 24,8 0,130 1,03 13,473 0,000130 36,535

9 5,4 26 59,7 33,7 0,090 0,71 12,675 0,000090 36,535

10 4,08 26 67 41 0,068 0,54 11,651 0,000068 36,535

Tabel 5.5 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 10 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Debit air

(m³/s)

Qgas

(kWatt)

1 28,2 26 32,8 6,8 0,470 0,93 13,356 0,000470 36,535

2 24,78 26 34,1 8,1 0,413 0,82 13,980 0,000413 36,535

3 20,88 26 35,5 9,5 0,348 0,69 13,816 0,000348 36,535

4 14,94 26 39 13 0,249 0,49 13,527 0,000249 36,535

5 12 26 41,7 15,7 0,200 0,39 13,122 0,000200 36,535

6 8,7 26 47,6 21,6 0,145 0,29 13,089 0,000145 36,535

7 5,1 26 58,2 32,2 0,085 0,17 11,438 0,000085 36,535

8 3,3 26 71,9 45,9 0,055 0,11 10,550 0,000055 36,535

9 2,1 26 88,1 62,1 0,035 0,07 9,083 0,000035 36,535

10 0,9 26 98,2 72,2 0,015 0,03 4,526 0,000015 36,535


51

Tabel 5.6 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 20 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Debit air

(m³/s)

Qgas

(kWatt)

1 39,6 26 28 2 0,660 1,30 5,516 0,00066 36,535

2 37,2 26 30 4 0,620 1,22 10,364 0,00062 36,535

3 28,68 26 31,3 5,3 0,478 0,94 10,587 0,00048 36,535

4 26,4 26 32,3 6,3 0,440 0,87 11,584 0,00044 36,535

5 22,8 26 33 7 0,380 0,75 11,116 0,00038 36,535

6 19,2 26 34,7 8,7 0,320 0,63 11,634 0,00032 36,535

7 16 26 37 11 0,267 0,53 12,258 0,00027 36,535

8 11 26 41,4 15,4 0,183 0,36 11,799 0,00018 36,535

9 7 26 48,1 22,1 0,117 0,23 10,775 0,00012 36,535

10 2 26 79,9 53,9 0,033 0,07 7,508 0,00003 36,535

5.2.5. Efisiensi Water Heater

Perhitungan Efisiensi (η) water heater menggunakan persamaan (2.4)

%100xq

q

gas

air

%100535,36

292,14x

%12,39

Hasil semua perhitungan dari data-data yang diperoleh disajikan pada Tabel

5.7, Tabel 5.8, dan Tabel 5.9


52

Tabel 5.7 Data efisiensi Water heater pada kondisi ditutup rapat

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Qgas

(kWatt)

(%)

1 28,5 26 33,2 7,2 0,475 3,75 14,292 36,535 39,12

2 23,88 26 34,2 8,2 0,398 3,14 13,639 36,535 37,33

3 21,06 26 35,5 9,5 0,351 2,77 13,935 36,535 38,14

4 16,2 26 38,1 12,1 0,270 2,13 13,653 36,535 37,37

5 14,28 26 39,6 13,6 0,238 1,88 13,527 36,535 37,02

6 11,4 26 42,6 16,6 0,190 1,50 13,181 36,535 36,08

7 9,6 26 45,8 19,8 0,160 1,26 13,239 36,535 36,24

8 7,8 26 50,8 24,8 0,130 1,03 13,473 36,535 36,88

9 5,4 26 59,7 33,7 0,090 0,71 12,675 36,535 34,69

10 4,08 26 67 41 0,068 0,54 11,651 36,535 31,89

Tabel 5.8 Data efisiensi Water heater pada kondisi tutup dibuka 10 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Qgas

(kWatt)

(%)

1 28,2 26 32,8 6,8 0,470 0,93 13,356 36,535 36,56

2 24,78 26 34,1 8,1 0,413 0,82 13,980 36,535 38,26

3 20,88 26 35,5 9,5 0,348 0,69 13,816 36,535 37,82

4 14,94 26 39 13 0,249 0,49 13,527 36,535 37,03

5 12 26 41,7 15,7 0,200 0,39 13,122 36,535 35,92

6 8,7 26 47,6 21,6 0,145 0,29 13,089 36,535 35,82

7 5,1 26 58,2 32,2 0,085 0,17 11,438 36,535 31,31

8 3,3 26 71,9 45,9 0,055 0,11 10,550 36,535 28,88

9 2,1 26 88,1 62,1 0,035 0,07 9,083 36,535 24,86

10 0,9 26 98,2 72,2 0,015 0,03 4,526 36,535 12,39


53

Tabel 5.9 Data Efisiensi Water Heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran

No Debit air

(liter/menit)

Tin

(°C)

Tout

(°C)

ΔT

(°C)

mair

(kg/s)

Um

(m/s)

Qair

(kJ)

Qgas

(kWatt)

(%)

1 39,6 26 28 2 0,660 1,30 5,516 36,535 15,10

2 37,2 26 30 4 0,620 1,22 10,364 36,535 28,37

3 28,68 26 31,3 5,3 0,478 0,94 10,587 36,535 28,98

4 26,4 26 32,3 6,3 0,440 0,87 11,584 36,535 31,71

5 22,8 26 33 7 0,380 0,75 11,116 36,535 30,43

6 19,2 26 34,7 8,7 0,320 0,63 11,634 36,535 31,84

7 16 26 37 11 0,267 0,53 12,258 36,535 33,55

8 11 26 41,4 15,4 0,183 0,36 11,799 36,535 32,29

9 7 26 48,1 22,1 0,117 0,23 10,775 36,535 29,49

10 2 26 79,9 53,9 0,033 0,07 7,508 36,535 20,55

5.3. Hasil pengambilan data dalam bentuk grafik dan pembahasan

5.3.1. Hasil pengambilan data dalam bentuk grafik

Hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 5.1 sampai

Gambar 5.9. Gambar 5.1, Gambar 5.4 dan Gambar 5.7 memperlihatkan hubungan

antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. Gambar 5.2,

Gambar 5.5 dan Gambar 5.8 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan

laju aliran kalor yang diterima air. Gambar 5.3, Gambar 5.6 dan Gambar 5.9

memperlihatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Gambar grafik 5.1, 5.2, dan 5.3 adalah grafik hubungan pada kondisi water

heater tertutup rapat. Gambar grafik 5.4, 5.5, dan 5.6 adalah grafik hubungan pada

kondisi tutup water heater terbuka 10 kali putaran. Sedangkan Gambar grafik 5.7,

5.8 dan 5.8 adalah grafik hubungan pada kondisi tutup water heater terbuka 20

kali putaran.


54

Grafik 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar water heater

pada kondisi ditutup rapat

Grafik 5.2 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada kondisi

water heater ditutup rapat

Tout = 108,8(deb)-0,36.(liter/menit)0,36 0C

(dengan deb adalah debit air)

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

0 5 10 15 20 25 30

Tou

t(0

C)

Debit air (liter/menit)

Qair = 10,92(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ


5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 5 10 15 20 25 30

Qai

r(k

J)



55

Grafik 5.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada kondisi

ditutup rapat

Grafik 5.4 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada

kondisi tutup dibuka 10 kali putaran

ɳ = 29.89(deb)0.079 .(liter/menit)-0,079 %


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30

ɳ w

ate

r hea

ter

(%)


Tout = 103,1(deb) 0,34.(liter/menit)-0,34 0C(dengan deb adalah debit air)

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30

Tou

t(0

C)



56

Grafik 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada kondisi tutup

water heater dibuka 10 kali putaran.

Grafik 5.6 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada kondisi

tutup dibuka 20 kali putaran

Qair= 6,469(deb) 0,266.(liter/menit)-0,266 kJ


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30

Qai

r (k

J)


ɳ = 17,70(deb)0,266.(liter/menit)-0,266 %


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30

ɳW

ate

r hea

ter

(%)

Debit (liter/menit)


57

Grafik 5.7 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar Water Heater pada

kondisi tutup dibuka 20 kali putaran

Grafik 5.8 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada kondisi

tutup water heater dibuka 20 kali putaran

T out = 96,31(deb) -0,33.(liter/menit)0,33 0C


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50

Tout(

0C

)


Qair= -0,012(deb)2.(liter/menit)-2 + 0,496(deb).(liter/menit)-1 + 7,241 kJ


0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50

Qai

r(k

J)



58

Grafik 5.9 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater pada kondisi

tutup dibuka 20 kali putaran

ɳ = -0,034(deb)2.(liter/menit)-2 + 1,359(deb).(liter/menit)-1 + 19,82 %


0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50

ɳ W

ater

hea

ter

(%)



59

Grafik 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada

kondisi ditutup rapat, tutup dibuka 10 kali putaran dan tutup dibuka 20

kali putaran

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30

Tout

0C

Debit (liter/menit)

kondisi tertutup rapat

Kondisi dibuka 10 kali putaran

Kondisi dibuka 20 kali putaran


60

5.3.2. Pembahasan

Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar

28oC – 98,2

oC dengan kapasitas 0,9 liter/menit – 39,6 liter/menit. Dengan

memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil

rancangan pemanas air yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang

ada di pasaran. Water heater yang dibuat pada debit 5,4 liter/menit mampu

menghasilkan suhu air keluar sebesar 59,7oC dan pada debit sebesar 16 liter/menit

mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 37oC.

Dari Gambar 5.1 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh

terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin kecil debit

air yang masuk ke water heater maka temperatur air yang keluar semakin tinggi,

sebaliknya jika debit air yang masuk ke water heater semakin tinggi maka

temperatur air yang keluar semakin rendah. Hal ini dapat dijelaskan sebagai

berikut, jika debit air rendah maka volume air persatuan waktu yang dipindahkan

kecil. Jika kalor yang dialirkan oleh bahan bakar gas LPG tetap, maka kalor

tersebut menjadikan perbedaan suhu antara air masuk dengan air keluar besar.

Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater dinyatakan dengan

persamaan berikut :

Pada kondisi ditutup rapat :

Tout = 108,8(debit)-0,36

.(liter/menit)0,36 0

C

R² = 0,984


61

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5

liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water

heater 26 0

C.

Pada kondisi dibuka 10 kali putaran :

T out = 103,1(debit)0,34

.(liter/menit)-0,34 0

C

R² = 0,983



heater 26 0

C.


T out = 96,31(debit)-0,33


C

R² = 0,989

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 2 liter/menit sampai dengan 39,6


heater 26 0

C. Dengan karakteristik pemanas air ini, maka pemanas air hasil

rancangan dapat digunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Kenyamanan

air hangat untuk mandi bersuhu sekitar 38 0C sampai 40

0C.

Dari gambar 5.2 didapatkan infomasi besar debit air berpengaruh terhadap

besar laju aliran kalor yang diterima air. Untuk Water heater yang dibuat

hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat

dinyatakan dengan persamaan :


Qair = 10,92(debit)0,079

.(liter/menit)-0,079

kJ


62



heater 26 0

C.


Qair = 6,469(debit)0,266


kJ



heater 26 0

C.


Qair = -0,012(debit)2.(liter/menit)

-2 + 0,496(debit).(liter/menit)

-1 + 7,241 kJ



heater 26 0

C

Dari Gambar 5.3 didapatkan informasi bahwa debit air yang mengalir

berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater. Untuk water heater yang

dibuat, hubungan antara debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan

persamaan :


ɳ = 29,89(debit)0,079


%



heater 26 0

C.


63

Pada kondisi terbuka 10 kali putaran :

ɳ = 17,70(debit)0,266


%



heater 26 0

C.


ɳ = -0,034(debit)2.(liter/menit)

-2 + 1,359(debit).(liter/menit)

-1 + 19,82



heater 26 0

C

Dari gambar 5.10 didapatkan informasi bahwa dari variasi yang dilakukan,

yaitu pembukaan tutup water heater hasil penelitian tidak ada perbedaan yang

signifikan. Sehingga dapat dikatakan bahwa dengan membuka tutup water heater

tidak mempengaruhi suhu air yang keluar.


64

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan

yaitu:

a. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di

pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,6 0C

pada debit 11,4 liter/menit.

b. Hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari

water heater dapat dinyatakan dengan persamaan :

Pada kondisi tertutup rapat :

Tout = 108,8(deb)-0,36


C

R² = 0,984

Berlaku untuk debit (deb) antara 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5

liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk

water heater 26 0

C.


T out = 103,1(deb)0,34

.(liter/menit)-0,34 0

C

R² = 0,983



water heater 26 0

C.


65


T out = 96,31(deb)-0,33


C

R² = 0,989

Berlaku untuk debit (deb) antara 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit

pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater

26 0

C.

c. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat

dinyatakan dengan persamaan :


Qair = 10,92(deb)0,079


kJ



water heater 26 0

C.


Qair = 6,469(deb)0,266


kJ



water heater 26 0

C.


Qair = -0,012(deb)2.(liter/menit)

-2 + 0,496(deb).(liter/menit)

-1 + 7,241 kJ



26 0

C


66

d. Hubungan debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan persamaan :


ɳ = 29,89(deb)0,079


%



water heater 26 0

C.


ɳ = 17,70(deb0,266

).(liter/menit)-0,266

%



water heater 26 0

C.


ɳ = 0,034(deb)2.(liter/menit)

-2 + 1,359(deb).(liter/menit)

-1 + 19,82 %



26 0

C


67

6.2. Saran

Dari proses penelitian yang telah dilakukan, ada beberapa saran yang dapat

dikemukakan :

a. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi jumlah sirip, atau posisi letak

sirip

b. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi bentuk dan model tutup water

heater

c. Posisi lingkaran pipa sangat berpengaruh terhadap panas yang dihasilkan,

usahakan ada celah antara lengkungan pipa saluran air

d. Besar dan jumlah lubang saluran udara masuk dan saluran gas buang

berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh, sehingga pembuatannya perlu

diperhatikan


68

DAFTAR PUSTAKA

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

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

diakses pada 13 Oktober 2013

http://gasgeyser.wozaonline.co.za/products, diakses pada 13 Oktober 2013

http://homerepair.about.com/od/plumbingrepair/ss/hwh_tank_gas.htm, diakses

pada 13 Oktober 2013

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/124886-R020885Perbandingan%20

temperatur-Literatur.pdf, diakses pada 16 Oktober 2013

http://www.auburndaleplumbing.com/Index.cfm?action=main.tankTypeWaterHea

ters, diakses pada 13 Oktober 2013

http://www.gaswaterheater.co.za/types.html, diakses pada 13 Oktober 2013

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.

Setiawan, E. (2012); Pemanas air dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada

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

meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 150 lubang masuk udara pada dinding

luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari

pipa berdiameter 3/8 inci, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma: Yogyakarta.


http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/124886-R020885Perbandingan%20%20%09temperatur-Literatur.pdf

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/124886-R020885Perbandingan%20%20%09temperatur-Literatur.pdf

69

LAMPIRAN

A. Nilai sifat-sifat logam


70

B. Nilai sifat-sifat logam


71

C. Nilai sifat-sifat logam


karakteristik water heater dengan panjang ...water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar...

Documents