plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk · penyerap kalor dan mengalirkan kalor yang...

i

PEMANAS AIR DENGAN VARIASI BUKAAN BLOWER

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagai persyaratan

mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Ignatius Purwo Nugroho Ady Susanto

065214017

PRODI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

WATER HEATER WITH VARIAN OPENED BLOWER

A FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

By:


065214017

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013


iii


iv


v


vi


vii

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara debit air yang

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

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

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

Agar menghasilkan air panas pada pemanas air ini, air yang dipanaskan oleh

kompor mengalir terus menerus. Agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap

secara maksimal, maka dipasang sirip-sirip tembaga yang berfungsi sebagai

penyerap kalor dan mengalirkan kalor yang diterima dari kompor pada pipa tembaga.

Untuk penelitian tanpa blower, pada debit aliran 6,72 liter/menit, suhu air yang

keluar sebesar 43,4 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, pada debit

aliran 6,12 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 30 °C. Untuk penelitian dengan

blower terbuka penuh, pada debit aliran 6,88 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar

32,6 °C.

Laju aliran kalor terbesar untuk penelitian tanpa blower adalah 6688,28 watt

pada debit air 6,56 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, laju

aliran kalor terbesar adalah 3173,1 watt pada debit air 1,5 liter/menit. Untuk

penelitian dengan blower terbuka penuh, laju aliran kalor terbesar adalah 3454 watt

pada debit air 1,2 liter/menit.

Suhu air terbesar yang dihasilkan dari pemanas air untuk penelitian tanpa blower

adalah 80 ºC pada debit air 1 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka

setengah, suhu air terbesar yang dihasilkan adalah 90 ºC pada debit air 0,6


viii

liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, suhu air terbesar yang

dihasilkan adalah 92 ºC pada debit air 0,58 liter/menit.

Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 11071,23 watt. Efisiensi terbesar adalah

60,41% pada debit air 6,56 liter/menit untuk penelitian tanpa blower. Pada penelitian

dengan blower terbuka setengah, efisiensi terbesar adalah 28,66% pada debit air 1,5

liter/menit. Pada penelitian dengan blower terbuka penuh, efisiensi terbesar adalah

31,2% pada debit air 1,2 liter/menit.

Kata Kunci: pemanas air, gas LPG, blower, laju aliran kalor, sirip.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan YME atas lindungan dan karunia-Nya sehingga

saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.

Dalam menyusun laporan ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan

dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah penulis mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.c. sebagai Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Ir. PK Purwadi, M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma dan juga selaku Dosen Pembimbing yang telah

memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk

membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang

diberikan selama masa kuliah.

5. Orang tua yang telah memberikan dorongan baik secara moral maupun spirit.

6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin, yang tidak dapat saya sebutkan satu per

satu, serta

7. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.


x

Dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, kekeliruan, dan

jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang

bersifat membangun demi kemajuaan yang akan datang.

Yogyakarta, 25 Agustus 2013



xi

DAFTAR ISI

Halaman

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

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………. iii

HALAMAN PENYATAAN……………….……………………..…........ v

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

ABSTRAK ……………………………………………….………………. vii

KATA PENGANTAR…………………………………………….……… ix

DAFTAR ISI…………………..…………………..………….…………... xi

DAFTAR GAMBAR ………………………………………...……...…..... xiv

DAFTAR TABEL…………………………………………………...……. xvii

DAFTAR GRAFIK……………………………………………………..… xviii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah………………………………………… 1

1.2 Batasan Masalah……………………………………………..…. 3

1.3 Tujuan Penelitian…………………………….…………………. 3

1.4 Manfaat Penelitian……………………………………………… 4

BAB II DASAR TEORI

2.1. LandasanTeori………………………………..…………….…. 5

2.1.1. Pipa Saluran Air………………………………… 5

2.1.2. Sirip…………………………..…..……………… 6

2.1.3. Bahan Bakar……..……………….……………… 7

2.1.4. Kebutuhan Udara ………………………………… 9


xii

2.1.5. Saluran Gas Buang….…………………………… 10

2.1.6. Sumber Api……………………………………… 11

2.1.7. Isolator ………………………..…..……………… 13

2.2.TinjauanPustaka…………….…………………..……………… 13

2.3.Rumus Perhitungan…………………………………..………… 16

2.3.1. Laju Aliran Kalor…………………………..…………… 16

2.3.2.Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas ..…………..…… 18

2.3.3. Efisiensi…………………………….…………………… 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Rancangan Pemanas Air……………………………………….. 19

3.2.Peralatan Dan Bahan……………………………………...…… 24

3.2.1. Alat Yang Digunakan………….……………………… 24

3.2.2. Bahan Yang Digunakan……………………….……… 26

3.2.3. Langkah-langkah Pengerjaan……………….………… 27

3.2.3.1.Persiapan……………………………………… 27

3.2.3.2.Pengerjaan…………….……………………… 28

3.3.Hasil Pembuatan……………..………………..….…………… 34

3.4.Variasi Penelitian……………………………………..….……. 35

3.5. Cara Memperoleh Data…………..……………..…………..… 36

3.6.Cara Mengolah Data……………………………….….……… 36

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Penelitian .……………………………………………..… 37

4.2 Perhitungan…..…………………………………………...…… 39


xiii

4.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-rata, um.……………… 39

4.2.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air, mair………………. 40

4.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air…… 40

4.2.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas… 41

4.2.5. Efisiensi………….……………….…………………… 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan……………………………………………………… 49

5.2. Saran……………………………………………………………. 50

DAFTAR PUSTAKA ……………………………….……………..……… 51

LAMPIRAN ……....………………………………………………………. 52

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

…………..…………….………….……………...……..……… 53

B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1) ….…………….....……… 54

C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2) ….………...……..……… 55

D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan ………..…..…… 56


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik efisiensi sirip siku empat dan segitiga.………….……… 6

Gambar 2.2 Grafik efisiensi sirip siku empat………………………..……… 7

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam……………………… 12

Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar ……………….…………………….. 12

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT…………………………………………. 12

Gambar 2.6 Pemanas air gas Modena GI-6………………………………… 14

Gambar 2.7 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB…………………………. 15

Gambar 2.8 Pemanas air heating equipment JLG30-BV6………………… 16

Gambar 2.9 Laju aliran kalor ……………………………..………………... 17

Gambar 3.1 Rancangan pemanas air………………………………………… 19

Gambar 3.2 Lengkungan pipa …………………………….…………….….. 20

Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip…………………….…………………… 20

Gambar 3.4 Sirip………………………….………………………………… 21

Gambar 3.5 Penutup ……………………….…………………….………… 21


xv

Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah ………………….…………… 22

Gambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar…..……………..……………….. 22

Gambar 3.8 Skema rangkaian alat…………………………………………. 23

Gambar 3.9 Termokopel, alat tulis dan kompor………………………….… 25

Gambar 3.10 Gelas ukur……………………………………………….….… 26

Gambar 3.11 Tabung gas…………………………………………………… 27

Gambar 3.12 Blower…………………………………..……………….….… 27

Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa……………….…… 29

Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip…………………………….….…… 29

Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong……………………….…...… 30

Gambar 3.16 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip………………....…..… 30

Gambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong………………….……….…… 31

Gambar 3.18 Pipa tembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan…....…… 31

Gambar 3.19 Tabung bagian luar………………………………….…..…….. 32

Gambar 3.20 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk………….……….… 32

Gambar 3.21 Tabung bagian dalam ……………………….…………..…… 33


xvi

Gambar 3.22 Penutup bagian atas………………………………….……… 33

Gambar 3.23 Lubang saluran udara………………………………………… 34

Gambar 3.24 Pemanas air…………………………………………………… 35

Gambar 3.25 Pemanas air menggunakan blower…………………………… 35


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan

bakar lainnya ...…………………………………………………… 9

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal ………………………… 10

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media ………………………….… 13

Tabel 4.1 Hasil pengujian pemanas air tanpa blower………………….…...... 37

Tabel 4.2 Hasil pengujian pemanas air dengan blower bukaan setengah ....... 38

Tabel 4.3 Hasil pengujian pemanas air dengan blower bukaan penuh…… 38

Tabel 4.4 Perhitungan mair dan qair tanpa blower ………………………….. 42

Tabel 4.5 Perhitungan mair dan qair dengan blower bukaan setengah …..… 42

Tabel 4.6 Lanjutan perhitungan mair dan qair dengan blower bukaan

setengah …............………………………..…………………….. 43

Tabel 4.7 Perhitungan mair dan qair dengan blower bukaan penuh …..…… 43


xviii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Grafik hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input

27 °C…………………………………………………………… 44

Grafik 4.2 Grafik hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada

suhu air input 27 °C…………………………………………… 45

Grafik 4.3 Grafik hubungan debit air dengan efisiensi pemanas air yang diperlukan

pada suhu air input 27 °C…………..………………………….. 45


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Di jaman peradaban sekarang ini, hampir setiap orang menggunakan air

panas pada kehidupan sehari-hari. Untuk minum, masak bahkan untuk mandi.

Banyak dari mereka merebus air untuk mandi, biasanya para pekerja yang

pulang dimalam hari akan lebih rileks bila mandi dengan air hangat.

Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di

daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin.

Kemudian dibidang perhotelan, air hangat dipergunakan sebagai salah satu

fasilitas yang disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu,air

hangat juga dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang-orang

yang sedang sakit.

Ada tiga jenis pemanas air antara lain yang menggunakan energi

matahari (Solar Cell), energi gas dan energi listrik. Pemanas air dengan energi

matahari (Solar Cell), mudah diterapkan pada Negara tropis karena

memanfaatkan energi gratis dan tidak terbatas dari panas matahari. Namun

kemampuanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga terbatas

penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan). Bila terjadi

cuaca yang tidak mendukung, pemanas air tidak dapat lagi digunakan terutama

di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari.

Sedangkan untuk pemanas air tenaga listrik sangat mudah didapatkan di toko-


2

toko elektronik dan penggunaannya lebih praktis dibandingkan dengan

menggunakan tenaga surya. Namun ada juga kekuranganya yaitu apabila

terjadi pemadaman listrik, maka pemanas air jenis ini tidak dapat digunakan

dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga perlu menambah biaya

yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan.

Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga dalam jumlah tertentu, jika

volume air panas yang dipergunakan sudah habis, maka harus menunggu

waktu pemanasan air lagi dan jika dilihat dari sisi biaya, pemanas air dengan

menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan dengan

menggunakan gas LPG.

Pemanas air tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk

memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air

tenaga listrik maupun tenaga surya, karena konsep kerjanya yang mirip dengan

penggunaan kompor gas di rumah maka penggunaannya lebih mudah

dibandingkan dengan pemanas air lainnya. Ada pun keuntungan yang lainnya

adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, demikian juga jumlah orang

yang ingin mandi air panas tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama

itu pula air panas dapat dihasilkan. Oleh karena itu, diperlukan suatu

rancangan pemanas air berbahan bakar gas LPG yang nantinya dapat

dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik. Selain itu, dilihat dari sisi

ekonomi pemanas air jenis ini lebih murah dibandingkan dengan pemanas air

lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara


3

hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan

bahaya ledakan.

1.2. BATASAN MASALAH

Batasan–batasan pada pembuatan pemanas air :

a. Tinggi pemanas air: 75 cm, diameter: 28 cm, dengan panjang pipa tembaga:

25 m, dengan 2 lintasan.

b. Banyaknya dinding plat: 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak

lubang dengan diameter: 3mm dengan jumlah 240 dan plat luar mempunyai

banyak lubang dengan diameter: 1cm (setinggi 25cm)

c. Bahan pipa tembaga dengan diameter: 0,953cm = 3/8 inch

d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip: 16 dan panjang sirip 25cm

e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter: 0,953cm

1.3. TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian adalah sebagai berikut:

a. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air

keluar pemanas air.

b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor

c. Mendapatkan suhu air yang dihasilkan dari pemanas air.

d. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG

e. Menghitung efisiensi pemanas air.


4

1.4. MANFAAT PENELITIAN

a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan pemanas air.

b. Dapat memperoleh air panas dengan mudah dan dengan jumlah yang

banyak.

c. Dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.

d. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai bahan referensi


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. LANDASAN TEORI

2.1.1. Pipa Saluran Air

Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan

dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air

diusahakan sekecil mungkin. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran

air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan,

sudut pembelokan pipa diusahakan besar (lebih besar dari 90o), dan dibuat

radius. Hal ini dimaksudkan agar gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa

semakin kecil.

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam memilih pipa, yang

pertama kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga harus

diperhatikan. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam maka semakin

kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan.

Kedua, bahan pipa juga harus diperhitungkan dimana bahan tersebut dapat

berfungsi sebagai konduktor yang baik, dapat memindahkan kalor dari api ke

fluida yang mengalir di dalam pipa. Biasanya bahan yang digunakan

alumunium dan tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal bahan,

semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, diameter pipa saluran air juga harus

diperhitungkan. Semakin besar diameter pipa, semakin kecil hambatan yang


6

terjadi. Semakin besar ukuran diameter pipa semakin besar daya pompa yang

diperlukan. Lalu semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan

(suhu yang keluar dari output) akan semakin besar, juga sebaliknya.

2.1.2 Sirip

Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan penangkapan kalor.

Jika sirip dipasang pada pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka sirip

akan dapat membantu pipa saluran air dalam menangkap kalor yang diberikan

oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip yang akan dipasang

pada pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke air.

Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air keluar

pada pipa output. Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya

kalor yang dapat ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan

sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

Gambar 2.1 Grafik efisiensi sirip siku empat dan segitiga (sumber: Holman,

J.P, 1993, Perpindahan kalor)


7

Gambar 2.2 Grafik efisiensi sirip siku empat (sumber: Holman, J.P, 1993,

Perpindahan kalor)

2.1.3 Bahan Bakar

Pada pemanas air jenis ini menggunakan bahan bakar Liquified

Petroleum Gas (LPG). LPG yang digunakanadalah LPG untuk rumah tangga,

yang komposisinya adalah campuran antara Propana dan Butana.

Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak

dan gas) adalah gas Propana 83HC dan Butana 104HC , dengan komposisi

kurang lebih sebesar 99 %, 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 kg/m2. Nilai kalori

sekitar : 21.000 BTU/lb. zat metan pada umumnya ditambahkan ke LPG untuk

memberikan bau khas, supaya jika terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi

dengan cepat dan mudah.


8

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

Panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000

J/kg atau 46 MJ/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

Panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan

Propana setara dengan 46 MJ/kg.

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

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

ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air

baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi

sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara

luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar 0,543 3m .1 kg elpiji memiliki

energi yang setara untuk mendidihkan air 90 liter. Tabel 2.1 Menyajikan daya

pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat

bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.


9

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisien sialat 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 4.000 kkal/kg 15 %

Arang 8.000 kkal/kg 15 %

Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 %

Gas Kota 4500 kkal/m3 55 %

Listrik 860 kkal/kwh 60 %

L P G 11.900 kkal/kg 60 %

Listrik 860 kkal/kwh 60 %

2.1.4 Kebutuhan Udara

Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses

pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen

yang dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang

diperlukan harus disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang

digunakan dengan kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan

sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran

mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat

mengakibatkan nyala api tidak sempurna, sehingga menyebabkan kurangnya

kalor yang dipindahkan ke air. Kelebihan oksigen juga dapat menghambat pipa

dalam menyerap panas. Nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya

secara efisien ke air yang mengalir di dalam saluran pipa.


10

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (sumber:

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

No Udara Komposisi (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

2.1.5 Saluran Gas Buang

Hasil pembakaran menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan

berupa gas sdan uap air yang keluar. Gas buang tersebut harus diberikan jalan

untuk keluar dari pemanas air agar nyala api tidak terganggu. Perancangan

saluran gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang

yang terjadi agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Penempatan

lubang keluar gas buang jangan sampai mengganggu fungsi dari pemanas air.

Gas buang akan menguntungkan jika suhunya hampir sama dengan suhu

udara. Semakin kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka

semakin banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena

itu, dalam perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan

sedemikian rupa sehingga energi tidak banyak yang terbuang secara percuma.

Ukuran dan posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu

gas asap yang keluar dari pemanas air. Perancangan saluran gas buang sangat

menentukan nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika gas buang tidak dapat

keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan menyebabkan api

terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak akan berfungsi dengan baik untuk


11

memanaskan air. Karena dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang

mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

2.1.6 Sumber Api

Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam

kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda.

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

mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan

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

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

semakin banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan

siripnya, akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air

melalui saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi

dalam peralatan pemanas air berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah

contoh sumber api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji

pada Gambar 2.3, Gambar 2.4, Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam


12

Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT

2.1.7 Isolator

Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak

banyak keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam (tabung yang

digunakan untuk proses pembakaran) sebaiknya diberi isolator pada

permukaan sebelah luar dari tabung dalam agar kalor hasil pembakaran tidak

keluar. Udara adalah salah satu isolator panas yang cukup murah dan mudah


13

didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara

untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang - lubang yang dibuat di

dinding tabung dalam.

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (sumber:

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

Media Konduktifitas Termal (k)

W/m.ºC

Gabus 0,042

Wol 0,040

Kayu 0,08-0,016

Bata 0,84

Busa 0,024

Udara 0,023

2.2 TINJAUAN PUSTAKA

Kegiatan rekayasa dan pengembangan pemanas air untuk memenuhi

kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Pemanas air yang ditawarkan

dipasaran bermacam-macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang

mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar

yang digunakan dalam pemanas air misalnya, LPG, energi listrik, energi

matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga

bervariasi, rata-rata pemanas air yang dijual di pasaran berkapasitas 5-8

liter/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas

yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.

Referensi pembanding untuk pembuatan pemanas air bahan bakar gas

LPG adalah pemanas air merk Modena seri GI-6,water heater Rinnai REU-

55RTB, dan pemanas air Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya

adalah sebagai berikut :


14

a. Pemanas air gas Modena GI-6

Gambar 2.6 Pemanas air gas Modena GI-6 (sumber:

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

Nama Produk : Modena

Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

Model : GI-6

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

Kapasitas maksimum : 6 L/menit

Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

Tipe Gas : NG LPG

Temperatur maksimum : 65°C

b. Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB


15

Gambar 2.7 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB (sumber:

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

water-heater)

Nama Produk : Rinnai

Negara Pembuat : Japan

Spesifikasi

• Gas Input : 0,5 kg/jam

• Model : REU-55RTB

• Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm

• Kapasitas Maksimum : 6 L/menit

• Temperatur Maksimum : ± 50°C

• Tipe Gas : LPG

c. Pemanas Air Heating Equipment JLG30-BV6


16

Gambar 2.8 Pemanas Air Heating Equipment JLG30-BV6 (sumber:

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

Negara Pembuat : China

Nama Produk : Smales

Spesifikasi

• Model : JLG30-BV6

• Kapasitas maksimum : 6 L/menit

• Berat : 39 kg

• Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm

• Tipe Gas : NG LPG

• Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C

2.3 RUMUS PERHITUNGAN

2.3.1 Laju Aliran Kalor

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

dapat dihitung dengan persamaan :


17

qair

mair cair Air keluar

ρ d Um d

Air Masuk

T1 T0

Gambar 2.9 Laju aliran kalor

qair = mair ∙ cair (Ti – T0) ............................................... (2.1)

airm = mud

)4

.(

2 ............................................... (2.2)

Pada persamaan (2.1) dan (2.2):

airq : laju aliran kalor yang diterima air (watt)

airm : laju aliran massa air (kg/detik); (1 kg/detik ≈ 1 liter/detik)

airc : kalor jenis air (J/kgoC)

Ti : suhu air masuk (oC)

To : suhu air keluar (oC)

mu : kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s)

: massa jenis air (kg/m3) (≈ 1000 kg/m

3)

d : diameter saluran (m)


18

2.3.2 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.

qgas = mgas ∙ cgas ……..….………….....………………. (2.3)

Pada persamaan (2.3) :

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

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

2.1

cgas : 11.900 kkal/kg

2.3.3 Efisiensi

Efisiensi pemanas air dapat dihitung dengan persamaan :

%100xq

q

gas

air ………………………….……. (2.4)

Pada persamaan (2.4) :

: Efisiensi pemanas air (%)

airq : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

gasq : Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)


19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 RANCANGAN PEMANAS AIR

Gambar rancangan pemanas air dengan menggunakan bahan seng dan pipa

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

memperlihatkan rancangan pemanas air, Gambar 3.2 memberikan informasi

tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan

lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4

memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan

informasi tentang penutup bagian atas, Gambar 3.6 memperlihatkan pemanas air

tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi pemanas air.

Gambar 3.1 Rancangan pemanas air


20

Gambar 3.2 Lengkungan pipa

Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip


21

Gambar 3.4 Sirip

Gambar 3.5 Penutup


22

Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah

Gambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar


23

Skematis pengujian pada pemanas air telah tergambar dan dijelaskan pada

Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Skema rangkaian alat

Cara kerja dari pemanas air ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama

seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi/keadaan air yang

dipanaskan. Pada pemanas air ini, air yang dipanaskan mengalir secara terus

menerus. Oleh karena itu, agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap

secara maksimal maka dipasang sirip-sirip tembaga. Telah diketahui bahwa

sirip-sirip tembaga berfungsi sebagai penyerap panas dan mengalirkan panas

yang diterima dari nyala api pada pipa tembaga. Pemilihan bahan tembaga

sebagai sirip dan pipa tembaga sebagai media untuk aliran air berdasarkan nilai

konduktor termal bahan (koefisien perpindahan kalor konduksi) yaitu tembaga

murni memiliki harga k = 386 W/m°C dan nilai ekonomimnya.


24

Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal

lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika

dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada pemanas air yaitu

perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses

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

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

menuju pipa tembaga, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan

perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang

mengalir.

3.2. PERALATAN DAN BAHAN

3.2.1. Alat yang Digunakan

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

ini adalah:

a. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang

berada di sisi luar tabung.

b. Gunting, digunakan untuk memotong seng.

c. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan

lengkungan pipa tembaga.

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

masuk dan keluar.


25

e. Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong

seng.

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

g. Alat bending, untuk melengkungkan pipa.

h. Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong

pipa tembaga.

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

j. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.

k. Selang karet, sebagai penyambung dari gas kekompor.

l. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

m. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur

banyaknya air per menit.

Gambar 3.9 Termokopel, alat tulis dan kompor


26

Gambar 3.10 Gelas ukur

3.2.2. Bahan yang Digunakan

a. Pipa tembaga dengan diameter 0,953 cm sebagai saluran air

b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga

c. Seng sebagai penutup pipa saluran

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

penyuplai kalor.

e. Kran, sebagai pengatur debit air.

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

air.

g. Blower, untuk mengalirkan udara.


27

Gambar 3.11Tabung gas

Gambar 3.12 Blower

3.2.3. Langkah-langkah Pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan pemanas air, terlebih dahulu harus

melakukan persiapan yaitu :

a. Menyiapkan gambar rancangan

Dalam merancang pembuatan desain pemanas air dapat dilakukan

dengan menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau

menggunakan software yang mendukung.


28

b. Menyiapkan alat-alat dan bahan

Setelah rancangan pemanas air sudah selesai maka, kita dapat

menentukan bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan pemanas air lalu

kemudian, membelinya.

c. Menyiapkan keperluan lainnya

Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat

pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.

3.2.3.2 Pengerjaan

Dalam pelaksanaan pembuatan pemanas air banyak hal-hal yang harus

dilakukan yaitu :

a. Melengkungkan pipa

Dalam melengkungkan pipa tembaga untuk membentuk spiral maka

digunakan mesin roll atau alat bending manual. Dalam proses pelengkungan

pipa tembaga secara manual hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai

dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bias rusak

bahkan patah.


29

Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa

Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip

b. Memotong pipa tembaga

Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang

sebelumnya dengan menggunakan tube cutter.


30

Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong

Gambar 3.16 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip


31

Gambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong

Gambar 3.18 Pipa tembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan

c. Membuat tabung

Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.


32

Gambar 3.19 Tabung bagian luar.

d. Membuat tabung bagian dalam

Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng. Tabung

bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang dihasilkan itu

tidak hilang kesamping.

Gambar 3.20 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk


33

Gambar 3.21 Tabung bagian dalam

e. Membuat penutup bagian luar bagian atas

Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas masih sama

yaitu menggunakan seng. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup

saja dan apabila nanti jika dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai

dengan apa yang di inginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar

suhu naik.

Gambar 3.22 Penutup bagian atas

f. Membuat saluran udara


34

Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu

maka dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bias lebih

maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

Gambar 3.23 Lubang saluran udara

g. Pemasangan kompor

Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan

tungkunya saja disesuaikan. Sehingga bentuk dari kompor tidak banyak

mengalami perubahan hanya bagian belakang kompor dipotong untuk

mengurangi ukuran atau besar dari kompor.

3.3. HASIL PEMBUATAN

Gambar 3.14 merupakan pemanas air yang sudah disatukan.


35

Gambar 3.24 Pemanas air

Gambar 3.25 Pemanas air menggunakan blower

Kesulitan dalam pengerjaan,

a) Melipat plat dalam pembentukan tabung.

b) Pembentukan pipa spiral, karena dilakukan secara manual.

c) Memposisikan pipa tembaga pada tabung.

3.4. VARIASI PENELITIAN

Variasi dilakukan sebagai berikut :


36

a. Penggunaan blower dan tidak menggunakan blower

b. Pembukaan katup blower, bukaan penuh dan setengah

3.5. CARA MEMPEROLEH DATA

Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir

mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap

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

memasang termokopel pada sisi keluar pemanas air. Suhu air dicatat setiap ada

perubahan debit air.

3.6. CARA MENGOLAH DATA

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

kemudian dipergunakan untuk mengetahui

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

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

Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan

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

disajikan dalam bentuk grafik.


37

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 DATA PENELITIAN

Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi debit air, suhu air masuk Ti,

suhu air keluar To. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran

gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang

dipergunakan, adalah air kran.

Dari hasil pengujian didapatkan data sebagai berikut:

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Pemanas Air Tanpa Blower

No

Debit Air Suhu Air

Masuk

(°C)

Suhu Air

Keluar

(°C)

ΔT

(°C) (liter/menit) (m3/s) (kg/s)

1 1 0,0000016 0,016 29,5 80 50,5

2 1,44 0,000024 0,024 29,5 67,4 37,9

3 2,64 0,000044 0,044 29,5 58,7 29,2

4 2,72 0,0000045 0,045 29,5 52,6 23,1

5 4 0,0000059 0,059 29,5 46,3 16,8

6 6,56 0,00010 0,109 29,5 44,2 14,7

7 6,72 0,00011 0,112 29,5 43,4 13,9

8 7,32 0,00012 0,122 29,5 39,2 9,7

9 7,8 0,00013 0,13 29,5 37,1 7,6

10 8,88 0,00014 0,148 29,5 34,7 5,2

11 9,24 0,00015 0,154 29,5 34,6 5,1


38

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Pemanas Air Dengan Blower Bukaan Setengah

No

Debit Air Suhu Air

Masuk

(°C)

Suhu Air

Keluar

(°C)

ΔT


1 6,12 0,000102 0,102 29,5 30 0,5

2 4,8 0,00008 0,08 29,5 36,2 6,7

3 3,9 0,000065 0,065 29,5 38,2 8,7

4 3,72 0,000062 0,062 29,5 40 10,5

5 3 0,000043 0,043 29,5 45 15,5

6 1,5 0,000025 0,025 29,5 60 30,5

7 1,017 0,000016 0,016 29,5 65,6 36,1

8 1,006 0,0000016 0,016 29,5 70,3 40,8

9 0,6 0,00001 0,01 29,5 90 60,5

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Pemanas Air Dengan Blower Bukaan Penuh

No

Debit Air Suhu Air

Masuk

(°C)

Suhu Air

Keluar

(°C)

ΔT


1 6,88 0,00011 0,11 29,5 32,6 3,1

2 4,42 0,0000073 0,073 29,5 40 10,5

3 3,6 0,00006 0,06 29,5 41,5 12

4 2,4 0,00004 0,04 29,5 46 16,5

5 2 0,000025 0,025 29,5 53 23,5

6 1,32 0,000022 0,022 29,5 63,6 34,1

7 1,2 0,00002 0,02 29,5 71 41,5

8 0,6 0,00001 0,01 29,5 90 60,5

9 0,58 0,00000096 0,0096 29,5 92 62,5


39

4.2. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Perhitungan kecepatan air rata rata um, laju aliran massa air m dan laju

aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data

seperti tersaji pada Tabel 4.1. Data lain yang dipergunakan adalah :

Jari jari pipa saluran (r) : 0,004765 m

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

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

Debit gas (mgas) : 0,8 kg/jam

4.2.1. Perhitungan kecepatan air rata rata um

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran

pipa air mempergunakan persamaan :

)/(2

smr

airdebit

pipapenampangluas

airdebitum

…………......……….(4.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 4 liter/menit. (data lain pada

Tabel 4.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.

sms

mx

menit

literairdebit /00006667,0

60

1044 333

…….......…....(4.2)

Kecepatan air rata rata um :

2r

airdebitum

.........................................................................................(4.3)

sm

mx

smum

/8322,0

004765,014,3

/00006667,022

3


40

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

4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.

4.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, mair

Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan berikut :

mair = (massa jenis) (luas penampang) (kecepatan air)

= ρ(πr2) (um) .................................................................. (4.4)


Tabel 4.1)

mair = (1000) (3,14 x 0,0047652) (0,8322) kg/s

= 0,0591 kg/s

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

4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.

4.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

mempergunakan persamaan :

qair = (debit air) (kalor jenis air) (Tout – Tin)

= mair ∙ cair (Tout – Tin) (watt) .........................................(4.5)


Tabel 4.1)


41

5,293,4641790591,0 airq

= 4148,13 watt

Catatan : 1 watt = 1 J/s

Hasil perhitungan untuk data lain secara lengkap disajikan pada Tabel 4.4,

Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.

4.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran

pipa mempergunakan persamaan :

qgas = (debit gas) (kalor jenis gas) .......................................................(4.6)

= (0,8/(60.60)(11900.4186,6)

= 11071,23 watt



4.2.5. Efisiensi

Perhitungan Efisiensi pemanas air dapat menggunakan persamaan :

%100xq

q

gas

air

................................................................................... (4.7)

%10023,11071

13,4148x

= 37,468 %




42

Tabel 4.4 Perhitungan mair, qair dan efisiensi Tanpa Blower

No Um

(m/s)

mgas

(liter/s)

mair

(liter/s)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(%)

1 0,2338 0,0004 0,0166 3502,55 11071,23 31,64

2 0,3366 0,0004 0,0239 3785,25 11071,23 34,19

3 0,6172 0,0004 0,0438 5346,63 11071,23 48,29

4 0,6359 0,0004 0,0451 4357,87 11071,23 39,36

5 0,8322 0,0004 0,0591 4148,13 11071,23 37,47

6 1,5335 0,0004 0,1089 6688,28 11071,23 60,41

7 1,5710 0,0004 0,1115 6478,54 11071,23 58,52

8 1,7112 0,0004 0,1215 4924,66 11071,23 44,48

9 1,8234 0,0004 0,1295 4111,51 11071,23 37,14

10 2,0759 0,0004 0,1474 3202,65 11071,23 28,93

11 2,1601 0,0004 0,1534 3268,40 11071,23 29,52

Tabel 4.5 Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan Setengah

No Um

(m/s)

mgas

(liter/s)

mair

(liter/s)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(%)

1 1,4307 0,0004 0,1016 212,23 11071,23 1,92

2 1,1221 0,0004 0,0797 2230,54 11071,23 20,15

3 0,9117 0,0004 0,0647 2353,30 11071,23 21,26

4 0,8696 0,0004 0,0617 2709,10 11071,23 24,47

5 0,6031 0,0004 0,0428 2773,61 11071,23 25,05


43

Tabel 4.6 Lanjutan Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan

Setengah

No Um

(m/s)

mgas

(liter/s)

mair

(liter/s)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(%)

6 0,3507 0,0004 0,0249 3137,1 11071,23 28,66

7 0,2277 0,0004 0,0169 2546,37 11071,23 23

8 0,2352 0,0004 0,0167 2846,76 11071,23 25,71

9 0,1403 0,0004 0,0100 2517,68 11071,23 22,74

Tabel 4.7 Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan Penuh

No Um

(m/s)

mgas

(liter/s)

mair

(liter/s)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(%)

1 1,6084 0,0004 0,1142 1479,26 11071,23 13,36

2 1,0333 0,0004 0,0734 3218,88 11071,23 29,07

3 0,8416 0,0004 0,0597 2996,24 11071,23 27,06

4 0,5611 0,0004 0,0398 2746,56 11071,23 24,81

5 0,3507 0,0004 0,0249 2444,85 11071,23 22,08

6 0,3086 0,0004 0,0219 3121,92 11071,23 28,20

7 0,2805 0,0004 0,0199 3454,00 11071,23 31,20

8 0,1403 0,0004 0,0100 2517,68 11071,23 22,74

9 0,1356 0,0004 0,0096 2514,21 11071,23 22,71


44

Dari perhitungan yang telah dilakukan, hasil perhitungan secara grafik

disajikan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3.

Keterangan :

Tanpa Blower

Tout = 0,664(mair2) – 11,15mair + 83,65

R² = 0,914

Buka Setengah

Tout = 2,156(mair2) – 23mair + 93,17

R² = 0,936

Buka Penuh

Tout = 2,442(mair2) – 25,94mair + 98,83

R² = 0,897

Gambar 4.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pemanas air

y = -18,45ln(x) + 75,509

R² = 0,9537 y = -23,91ln(x) + 71,192

R² = 0,9692 y = -24,36ln(x) + 73,42

R² = 0,9331

Su

hu

Air

K

elu

ar (

To

ut ),

°C

Debit Air (mair), liter/menit


45

Keterangan :

Tanpa Blower

qout = -163,7(mair2) + 1685mair + 1568

R² = 0,630

Buka Setengah

qout = -183,3(mair2) + 837,2mair + 2079

R² = 0,938

Buka Penuh

qout = -99,38(mair2) + 575mair + 2296

R² = 0,659

Gambar 4.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diserap air

pada suhu air input 27 °C

y = -163,76x2 + 1685,6x + 1568,8

R² = 0,6307

y = -183,35x2 + 837,29x + 2079,9

R² = 0,9388

y = -99,381x2 + 575,03x + 2296,7

R² = 0,6591

La

ju A

lira

n K

alo

r (q

air

), w

att



46

Keterangan :

Tanpa Blower

ƞ = -1,479(mair2) + 15,22mair + 14,17

R² = 0,630

Buka Setengah

ƞ = -1,656(mair2) + 7,562mair + 18,78

R² = 0,938

Buka Penuh

ƞ = -0,897(mair2) + 5,193mair + 20,74

R² = 0,659

Gambar 4.3 Hubungan debit air dengan efisiensi pemanas air pada suhu air

input 27 °C

4.3 PEMBAHASAN

Dari Gambar 4.1, dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh

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

keluar semakin rendah.

y = -1,4791x2 + 15,225x + 14,17

R² = 0,6307

y = -1,6561x2 + 7,5628x + 18,787

R² = 0,9388

y = -0,8976x2 + 5,1939x + 20,745

R² = 0,6591

Efi

sien

si (η

), %



47

Hasil rancangan pemanas air yang telah dibuat dapat bersaing dengan

pemanas air yang berada di pasaran. Penelitian pemanas air tanpa blower

mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 43,4°C pada debit 6,72

liter/menit dan suhu air keluar sebesar 80°C pada debit 1 liter/menit. Untuk

penelitian dengan blower bukaan setengah, suhu air keluar pemanas air sebesar

45 °C pada debit 3 liter/menit dan suhu air keluar sebesar 70 °C pada debit 1

liter/menit. Dibandingkan dengan hasil penelitian tanpa blower, nilai suhu air

keluar dari pemanas air lebih rendah. Hal ini berarti pemasangan blower tidak

membantu dalam peningkatan suhu air keluar untuk pemanas air. Untuk

penelitian dengan blower di bukaan penuh, suhu air keluar pemanas air sebesar

46 °C pada debit 2,4 liter/menit dan suhu air sebesar 71 °C pada debit 1

liter/menit. Dibandingkan dengan hasil penelitian tanpa blower, nilai suhu air

keluar dari pemanas air lebih rendah. Sama seperti pada penelitian kedua,

pemasangan blower tidak membantu menaikan suhu keluar pemanas air.

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

pemanas air berkisar antara 40 – 80 ºC. Produk lain mampu menghasilkan suhu

air keluar 50 ºC dan ada juga yang mencapai 65 ºC dengan debit yang sama.

Dari Gambar 4.2 tampak bahwa besarnya laju aliran kalor yang diterima

air bergantung pada debit air yang mengalir. Untuk penelitian tanpa blower,

semakin besar debit air yang mengalir semakin besar laju aliran kalor yang

diterima air, (berlaku untuk debit < 6,5 liter/menit, tetapi setelah debit > 6,5

liter/menit, semakin besar debit air yang mengalir, laju aliran kalor yang

diterima air semakin rendah. Untuk penelitian dengan blower dibuka setengah


48

menghasilkan laju aliran air 1,4307 m/s pada debit 6,12 liter/menit, untuk

penelitian dengan blower dibuka penuh menghasilkan laju aliran air 1,6084 m/s

pada debit 6,88 liter/menit. Dari hasil penelitian kedua dan ketiga, nampak

bahwa pemasangan blower pada pemanas air menurunkan besarnya laju aliran

kalor yang diterima air, hal ini berati bahwa pemasangan blower tidak

menguntungkan. Debit air yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang

diterima air (berlaku untuk debit < 6,56 liter/menit, tetapi setelah debit > 6,56

liter/menit), semakin besar debit air yang mengalir laju aliran kalor yang

diterima semakin rendah.

Dari Gambar 4.3 tampak bahwa besarnya efisiensi pemanas air

bergantung pada debit air yang mengalir. Nilai efisiensi pemanas air berkisar

antara 28,93 – 60,41 %. Nilai efisiensi terbesar sebesar 60,41 %. Efisiensi

pemanas air yang dibuat tidak dapat mencapai 100 %. Hal ini disebabkan

karena, adanya kalor hilang melalui radiasi, ataupun terbawa gas buang. Gas

buang memiliki suhu yang lebih tinggi dari pada udara luar ketika masuk

pemanas air, juga adanya kalor yang terhisap oleh tabung, sehingga suhu

tabung lebih tinggi dari keadaan awal.

Untuk keperluan mandi pada umumnya suhu air yang digunakan sebesar

38 ˗ 39 °C (untuk orang dewasa). Jika mempergunakan pemanas air hasil

rancangan ini, maka untuk mendapatkan suhu air keluar dari pemanas air

sebesar 39 °C memerlukan debit air sekitar 7,5 liter/menit.


49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut :

a. Pemanas air dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan pemanas

air yang ada di pasaran. Untuk penelitian tanpa blower, pada debit aliran 6,72

liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 43,4 °C. Untuk penelitian dengan

blower terbuka setengah, pada debit aliran 6,12 liter/menit, suhu air yang

keluar sebesar 30 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, pada

debit aliran 6,88 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 32,6 °C.

b. Laju aliran kalor terbesar untuk penelitian tanpa blower adalah 6688,28 watt

pada debit air 6,56 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka

setengah, laju aliran kalor terbesar adalah 3173,1 watt pada debit air 1,5

liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, laju aliran kalor

terbesar adalah 3454 watt pada debit air 1,2 liter/menit.

c. Suhu air terbesar yang dihasilkan dari pemanas air untuk penelitian tanpa

blower adalah 80 ºC pada debit air 1 liter/menit. Untuk penelitian dengan

blower terbuka setengah, suhu air terbesar yang dihasilkan adalah 90 ºC pada

debit air 0,6 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, suhu

air terbesar yang dihasilkan adalah 92 ºC pada debit air 0,58 liter/menit.

d. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 11071,23 watt.


50

e. Efisiensi terbesar adalah 60,41% pada debit air 6,56 liter/menit untuk

penelitian tanpa blower. Pada penelitian dengan blower terbuka setengah,

efisiensi terbesar adalah 28,66% pada debit air 1,5 liter/menit. Pada penelitian

dengan blower terbuka penuh, efisiansi terbesar adalah 31,2% pada debit air

1,2 liter/menit.

5.2 SARAN

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan

pembuatan pemanas air :

a. Penggunaan blower tidak membantu menaikkan suhu air keluar pemanas air

dan tidak membantu menaikkan efisiensi. Blower baik digunakan jika

diinginkan suhu gas buang meningkat (pemanas udara).

b. Penelitian ini dapat dikembangkan dalam bentuk yang lain, seperti pengaruh

blower terhadap pemanas udara.


51

DAFTAR PUSTAKA

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

Diakses pada tanggal 5 Juli 2012.

Anonim, http://www.tokowaterheater.com, diakses pada tanggal 02 juli 2012

Anonim, http://www.sinar-

electric.com/WATER%20HEATER/Water%20Heater%20RINNAI%20REU-55.htm.

Diakses pada tanggal 02 juli 2012.

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

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

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

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

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

Dharma: Yogyakarta.


http://www.tokowaterheater.com/

http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/

http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/

52

LAMPIRAN


53

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


54

B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1)


55

C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2)


56

D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan


plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk · penyerap kalor dan mengalirkan kalor yang...

Documents