KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 12 METER, DIAMETER 0,5 INCI, DAN PENANGKAP KALOR GAS BUANG

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 12 METER, DIAMETER 0,5 INCI, DAN PENANGKAP KALOR GAS BUANG SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Diajukan oleh FRANSISKUS DONATUS FAAN NIM: PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 i

2 CHARACTERISTIC OF WATER HEATER WITH PIPE 12 METERS IN LENGTH, 0.5 INCHES IN DIAMETER, AND AN EXHAUST GAS HEAT CATCHER FINAL PROJECT As partial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By FRANSISKUS DONATUS FAAN Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Judul yang diangkat oleh penulis untuk skripsi ini adalah Karakteistik Water Heater Dengan Panjang Pipa Pemanas 12 Meter dan Diameter 0,5 Inchi dan Penangkap Kalor Gas Buang Dalam skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. PK. Purwadi,M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 2. Dr. Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik. 3. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. 4. Manase Faan dan Anastasia Sri Widanarti serta Ari Suryono sebagai orang tua dan orang tua wali, atas semua dukungan baik secara materi maupun spiritual selama belajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. vii

8 viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i TITLE PAGE...ii LEMBAR PERSETUJUAN...iii LEMBAR PENGESAHAN...iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA...v HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIKAN KARYA...vi KATA PENGANTAR...vii DAFTAR ISI...ix DAFTAR GAMBAR...xii DAFTAR TABEL...xvi ABSTRAK...xvii ABSTRACT...xviii BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat Penelitian...4 BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA DASAR TEORI Perpindahan Kalor...5 ix

10 Perancangan Pipa Isolator dan Konduktor Sirip Saluran Udara Masuk Kebutuhan Udara Sumber Api Bahan Bakar Proses Pembakaran LPG Saluran Gas Buang Laju Aliran Kalor Efisiensi Water Heater Tinjauan Pustaka Spesifikasi Beberapa Water Heater yang ada di pasaran Kontruksi Water Heater yang ada di pasaran Hasil Penelitian...29 BAB III. PEMBUATAN WATER HEATER Persiapan Bahan Water Heater Alat Water Heater Proses Pembuatan Alat...41 BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN Objek yang diteliti Skematik Alat Penelitian...52 x

11 4.3. Alat Bantu Penelitian Variasi Penelitian Cara Mendapatkan Data Cara Mengolah Data dan Melakukan Pembahasan Cara Mendapatkan Kesimpulan...55 BAB V. HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Perhitungan Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um) Perhitungan laju aliran massa air (mair) Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air Efisiensi Water Heater Hasil perhitungan pengujian alat pada Water Heater Pembahasan...73 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...79 DAFTAR PUSTAKA...80 xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Perpindahan kalor secara konduksi pada contoh saluran pipa...6 Perpindahan kalor secara konveksi pada contoh salura pipa...7 Perpindahan kalor sacara radiasi pada contoh saluran pipa...8 Media pembakar yang menggunakan bahan bakar LPG...14 Kompor portable RT...15 Kompor gas 2 tungku...15 Aliran fluida dalam saluran air...20 Water Heater gas LPG tipe WH Water Heater gas LPG tipe WH Gambar Water Heater gas LPG tipe WH Gambar Water Heater model Gambar Water Heater model Gambar Water Heater model Gambar Water Heater model Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Gambar 3.5. Gambar 3.6. Pipa tembaga panjang...34 Plat galvanum...34 Besi strip...34 Baut dan mur...35 Nako besi...35 Paku keling...35 xii

13 Gambar 3.7. Gambar 3.8. Gambar 3.9. Bor...36 Gerinda...36 Las tembaga...37 Gambar Las listrik...37 Gambar Kunci pas...38 Gambar Pemotong pipa tembaga...38 Gambar Penekuk pipa tembaga...39 Gambar Tang...39 Gambar Gunting plat...40 Gambar Meteran...40 Gambar Jangka sorong...41 Gambar Pembentukan pipa tembaga menjadi spiral...42 Gambar Pembentukan lingkaran...43 Gambar Penyambungan kerangka water heater...43 Gambar Pengerjaan lubang untuk paku keling...44 Gambar Membuat lubang udara...44 Gambar Membuat tabung bagian dalam...45 Gambar Pemasangan sirip...45 Gambar Pemasangan pipa penangkap kalor gas buang...46 Gambar Pengerjaan tabung bagian luar...47 Gambar Proses penyambungan pipa...47 Gambar Proses pembuatan penutup tabung...48 Gambar Proses membuat tabung diameter 100 mm...49 xiii

14 Gambar Hasil akhir dari pembuatan water heater...49 Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4. Gambar 5.1. Water heater yang siap diuji (ukuran dalam mm)...50 Pipa tembaga yang sudah dirol (ukuran dalam mm)...51 Water heater tampak dari atas (ukuran dalam mm)...51 Skema rangkaian alat penelitian...52 Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas maksimum)...69 Gambar 5.2. Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas medium)...69 Gambar 5.3. Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas low)...70 Gambar 5.4. Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air (kondisi gas maksimum)...70 Gambar 5.5. Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air (kondisi gas medium)...71 Gambar 5.6. Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air (konidisi gas low)...71 Gambar 5.7. Gambar 5.8. Gambar 5.9. Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas maksimum)...72 Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas medium)...72 Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas low)...73 Gambar Hubungan debit air dengan suhu air keluar (Tout) pada kondisi gas maksimum, medium, dan low...75 Gambar Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air xiv

15 (qair) pada kondisi gas maksimum, medium, dan low...76 Gambar Hubungan debit air dengan efisiensi (η) water heater pada kondisi gas maksimum, medium, dan low...77 xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Nilai konduktifitas termal/bahan...10 Tabel 2.2. Sifat-sifat bahan bukan logam...11 Tabel 2.3. Sifat-sifat bahan logam pada suhu 20 o C...11 Tabel 2.4. Komposisi udara dalam keadaan normal...13 Tabel 4.1. Data volume air dan selang waktu pengukuran...56 Tabel 4.2. Tabel berat gas dan selang waktu pengukuran...56 Tabel 5.1. Hasil pengujian kondisi gas pada proses pembakaran gas...57 Tabel 5.2. Hasil pengujian kondisi air pada kondisi gas maksimum...57 Tabel 5.3. Hasil pengujian kondisi air pada kondisi gas maksimum...58 Tabel 5.4. Hasil pengujian kondisi air pada kondisi gas low...58 Tabel 5.6. Hasil perhitungan water heater pada kondisi gas maksimum...67 Tabel 5.7. Hasil perhitungan water heater pada kondisi gas medium...67 Tabel 5.8. Hasil perhitungan water heater pada kondisi gas low...68 xvi

17 ABSTRAK Dipasaran, informasi tentang efisiensi water heater biasanya tidak dicantumkan demikian juga informasi yang terkait dengan karakteristik water heater itu. Karena itu, dalam penelitian ini dilakukan (a) perancangan dan pembuatan water heater berbahan bakar LPG, dan (b) analisis karakteristik nya penelitian dilakukan di laboratorium Teknin Mesin Universitas Sanata Dharma. Adapun batasan masalah dalam pembuatan water heater dengan penangkap kalor gas buang dan berbahan bakar LPG antara lain (a) suhu air yang masuk water heater sama dengan suhu air sumur (b) bahan yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter dalam 0,5 inci dan panjang 12 meter (c) suhu air panas yang dihasilkan berkisar (37 0 C C) dengan debit minimal 6 liter per menit (d) menggunakan 2 lapisan tabung dengan bahan galvanum dan berlubang (e) menggunakan lilitan pipa tembaga dengan panjang 3 meter yang akan dipanaskan oleh gas buang sebelum masuk water heater (f) saluran pipa air diberi sirip dari bahan pipa tembaga yang mempunyai diameter 0,5 inci dan panjang 0,25 meter (g) sumber energi panas dari gas LPG. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk dengan 10 variasi debit yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas maksimum, medium, dan low sehingga nantinya mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran. (a) efisiensi water heater pada kondisi gas maksimum mampu mencapai 57,58%, (b) pada kondisi medium mampu mencapai 49,39% dan (c) pada kondisi gas low mampu mencapai 38,95%, (d) laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi gas masksimum menghasilkan debit 16,08 liter/menit (e) pada kondisi medium mampu menghasilkan debit 10,68 liter/menit dan (f) pada kondisi low mampu menghasilkan debit 5,4 liter/menit. xvii

18 ABSTRACT In the market, information on the efficiency of the water heater is usually not included as well as information relating to the characteristics of the water heater. Therefore, in this research (a) the design and manufacture of LPG-fueled water heater, and (b) the research characteristics is conducted in the laboratory of Mechanical Engineering the University of Sanata Dharma. The limit problem in the manufacturing of water heater with heat trapping exhaust gas and LPG-fueled among other things (a) the temperature of water entering the water heater is equal to the water temperature wells (b) the materials used are copper pipes with an inner diameter of 0.5 inches and a length 12 meters (c) the temperature of hot water produced range (370C - 410C) with a debit of at least 6 liters per minute (d) using 2 layers of tubes with a material galvanum and perforated (e) using a coil of copper pipe with a length of 3 meters to be heated by exhaust gas before entering the water heater (f) given a water pipe from the pipe material copper fins having a diameter of 0.5 inches and a length of 0.25 meters (g) a source of heat energy from the gas LPG. Variations made to the size of the incoming water flow with 10 variations of discharge into the water heater with a gas discharge maximum, medium, and low so it will be able to compete with the water heater in the market. (a) the efficiency of the water heater on maximum gas conditions are able to achieve 57.58%, (b) the condition of the medium is able to achieve 49.39% and (c) the condition of low gas capable of achieving 38.95%, (d) the rate of heat flow received water conditions resulted in the discharge gas maximum liters / minute (e) under conditions capable of producing discharge medium liters / min and (f) at conditions of low flow is capable of producing 5.4 liters / minute. xviii

19 1.1. Latar Belakang BAB I PENDAHULUAN Dengan kemajuan zaman yang semakin berkembang dan pertambahan penduduk yang semakin meningkat, berbagai cara ditemukan untuk meningkatkan kualitas hidup manusia. Salah satu caranya adalah menciptakan alat pemanas air untuk keperluan mandi air hangat. Kebutuhan manusia yang sangat mendasar adalah kebutuhan air hangat yang digunakan untuk keperluan mandi. Teknologi yang dapat menghasilkan air hangat di kenal dengan pemanas air atau water heater. Ditinjau dari sumber energi yang di pergunakan menjadi 3 macam diantara lain yang pertama water heater tenaga matahari ke dua menggunakan tenaga listrik dan yang ke tiga tenaga gas LPG. Masing-masing kelompok mempunyai keuntungan dan kerugian nya sendiri-sendiri. Dari ke tiga jenis water heater tersebut, water heater dengan menggunakan sumber energi gas LPG memiliki beberapa keunggulan. Keunggulan water heater dengan sumber energi gas LPG adalah dapat digunakan kapan pun dan dimanapun selama gas LPG tersedia, dan aliran air tersedia. Dapat dipergunakan dimanapun karena water heater ini dapat dipakai ditempat umum seperti rumah sakit, hotel, perindustrian, rumah tangga dan kantor. Dapat dikatakan dipergunakan kapanpun karena water heater jenis gas LPG dapat digunakan ketika terjadi pemadaman listrik, dapat digunakan disiang hari atau malam hari di saat hujan atau di saat hari cerah. Water heater dengan gas LPG lebih cepat dalam memanaskan air, sehingga tidak memerlukan waktu yang lama 1

20 2 untuk menggunakan air hangat. Kapasitas air hangat yang di hasilkan dan dapat digunakan untuk keperluan mandi juga tidak terbatas selama ada air yang mengalir dan selama ada gas LPG air panas dapat dihasilkan. Bila dibandingkan dengan water heater energi surya, water heater dengan gas LPG kurang ramah lingkungan, karena water heater dengan gas LPG dapat menghasilkan gas buang hasil dari proses pembakaran gas LPG. Selain itu gas LPG dapat habis bila digunakan terus menerus sehingga memerlukan pengisisan gas LPG kembali. Berbeda dengan energi surya yang sumber energi nya tidak akan pernah habis meski demikian, energi surya tidak dapat di gunakan pada malam hari cuaca mendung. Dibandingkan dengan water heater energi listrik, water heater dengan gas LPG lebih hemat listrik akan tetapi memerlukan biaya dalam pembeliaan gas LPG. Kekurangan dari gas LPG adalah tidak ramah lingkungan dan harus hati hati dalam penggunaannya agar tidak terjadi ledakan gaslpg. Dengan latar belakang tersebut, penulis terpancing untuk mendalami water heater gas LPG dengan cara melakukan pembuatan dan penelitian terhadap water heater gas LPG. Diharapkan hasil dari pembuatan dan penelitian efisiensi dari water heater yang dihasilkan dapat bersaing dengan water heater yang berada di pasaran atau dapat menghasilkan suhu air yang keluar lebih tinggi dibandingkan dengan water heater yang ada dipasaran dengan debit air yang sama.

21 Perumusan Masalah Di pasaran, informasi tentang efisiensi water heater tidak tercantum pada name plate dari water heater yang di jual jual di pasaran, demikian juga informasi secara detail tentang suhu air keluar dari water heater jika debit sudah di pilih. Informasi itu sangat penting bagi konsumen untuk menentukan water heater sesuai dengan yang diinginkan Tujuan Tujuan dari penelitian dan pembuatan pemanas air atau water heater dengan sumber energi panas LPG adalah : a. Membuat dan merancang water heater dengan sumber energi gas LPG. 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. 3. Mengetahui efisiensi dari water heater gas LPG 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 berada di kamar mandi.

22 4 b. Bahan pipa yang digunakan adalah tembaga dengan diameter dalam 0,5 inci dan panjang pipa 12 meter. c. Temperatur suhu air panas yang dihasilkan minimal 37 0 C C dengan debit minimal 6 liter per menit. d. Menggunakan pipa tembaga 3 meter dengan berdiameter 0,5 inci untuk pemanasan awal air yang akan masuk water heater dengan memanfaatkan gas buang. e. Menggunakan 2 lapisan tabung dan berlubang Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : a. Dapat menjadi bahan referensi bagi para peneliti lain yang ingin mendalami tentang water heater. b. Dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang penukar kalor dan khususnya bagi water heater. c. Dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan air hangat.

23 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori Proses Perpindahan Kalor Perpindahan kalor merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam bentuk kalor yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan kalor yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan kalor. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk meramalkan laju perpindahan kalor yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Perpindahan kalor dapat didefinisikan sebagai suatu proses berpindahnya suatu energi (kalor) dari satu daerah ke daerah lain akibat adanya perbedaan temperatur pada daerah tersebut. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. a. Perpindahan Kalor Secara Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antar medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum. Laju perpindahan kalor yang terjadi pada perpindahan kalor konduksi adalah berbanding dengan gradien suhu normal sesuai dengan persamaan. 5

24 6 Tembaga Fluida Gambar 2.1 Perpindahan kalor secara konduksi pada contoh saluran pipa Contoh perpindahan kalor secara konduksi pada water heater, dimana kalor berpindah dari dinding luar pipa tembaga menuju ke bagian dalam dinding pipa tembaga. b. Perpindahan Kalor Secara Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas karena adanya gerakan/aliran/ pencampuran dari bagian panas ke bagian yang dingin. Contohnya adalah kehilangan panas dari radiator mobil, pendinginan dari secangkir kopi dan sebaginya. Menurut cara aliran menggerakkan alirannya, perpindahan panas konveksi diklasifikasikan menjadi dua yakni konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Bila gerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan karena perbedaan suhu, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi bebas (free/natural convection). Bila gerakan fluida disebabkan oleh gaya pemaksa/eksitasi dari luar, misalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi paksa (forced convection).

25 7 Tembaga Fluida Gambar 2.2 Perpindahan kalor secara konveksi pada contoh saluran pipa Contoh peprindahan kalor secara konveksi terjadi pada dinding dalam water heater ke fluida (air). c. Perpindahan Kalor Radiasi Peprindahan kalor secara radiasi menurut Joseph Stefan peprindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada radiasi, kalor atau energi merambat tanpa membutuhkan zat perantara, berbeda halnya dengan konduksi atau konveksi yang selalu membutuhkan medium. Sebenarnya setiap benda memancarkan dan menyerap energi radiasi. Benda panas ada yang berpijar dan ada juga yang tidak berpijar. Kedua benda tersebut memancarkan/meradiasikan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang gelombang. Stefan (1879) menemukan bahwa laju rambat kalor secara radiasi tiap satu satuan luas permukaan benda bergantung pada sifat dan suhu permukaan benda. Benda yang mengkilap lebih sukar memancarkan kalor dari pada benda yang hitam dan kusam. Jadi dapat dikatakan bahwa benda hitam dan kusam merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik.

26 8 udara luar udara luar Tembaga Fluida Gambar 2.3 Perpindahan kalor secara radiasi pada contoh saluran pipa Contoh perpindahan kalor secara radiasi, dimana perpindahan kalor terjadi dari lingkungan luar menuju ke dalam water heater Perancangan Pipa a. Pemiihan bentuk pipa pemanas Dalam perancangan atau pembuatan water heater menggunakan pipa yang dibentuk seperti spiral atau melingkar, hal ini disebabkan karena alasan berbentuk spiral adalah : 1. Hambatan sedikit, sehingga daya pompa tidak besar, seperti diketahui untuk mendapatkan hambatan-hambatan yang kecil saat fluida mengalir di dalam pompa adalah: Menghindari belokan-belokan yang tajam Menghindari percabangan 2. Supaya energi yang bersumber dari api, dapat diserap dengan baik oleh air, semua pipa kena api atau radiasi api langsung. Hambatan yang terjadi ketika air mengalir diusahakan sangat kecil. Dalam pembentukan saluran pipa tidak dibuat pipa yang melengkung tajam agar

27 9 hambatan yang dihasilkan tidak begitu 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 yang diperlukan untuk mendorong air lebih kecil. Dengan alasan tersebut, saluran pipa di buat berbentuk spiral. b. 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 sumber 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 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.

28 10 Tabel 2.1 Nilai Konduktifitas termal/bahan (Stefan, (1879) buku perpindahan kalor) Nilai konduktivitas termal No. Bahan Titik lebur Watt/m.ºC 1 Timbal (murni) o C 2 Tembaga (murni) o C 3 Aluminium (murni) o C 4 Besi (murni) o C 5 Nikel (murni) o C 6 Baja karbon 1% C o C 7 Perak (murni) o C Pertimbangan dalam pemilihan bahan pipa yang lain adalah : 1. Harganya terjangkau, agar biaya yang di keluarkan tidak banyak. 2. Bahan pipa tidak berkarat, jika berkarat akan dapat mengotori air yang akan di pergunakan untuk mandi selain kotor juga bau. 3. Titik didih bahan pipa tinggi, bahan pipa tidak melebur atau meleleh saat di pergunakan. C. Pemilihan diameter pipa Pemilihan diameter pipa juga merupakan hal yang sangat penting, semakin kecil diameter pipa yang dipakai, semakin besar dayanya. Semakin kecil diameter, semakin besar hambatannya. Ukuran diameter pipa dipilih sedemikian sehingga tidak menghasilkan daya yang besar, selain itu harga jual water heater dapat terjangkau Isolator dan Konduktor Berdasarkan kemampuan dalam menghantarkan kalor benda dibedakan menjadi dua jenis : (a) Isolator dan (b) konduktor

29 11 a. Isolator Isolator adalah benda-benda yang tidak mampu atau tidak dapat menghantarkan kalor dari suatu tempat ke tempat yang berbeda dengan baik. Contoh benda yang disebut isolator adalah : kayu, kain dan gabus. Pada percobaan ini memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah, isolator diperlukan agar kalor hasil proses pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari water heater. Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bukan logam (Holman,1993) No Bahan k (W/mºC) c (kj/kg. C) ρ (kg/m 3 ) α (m 2 /s) 1 Asbes 0,154 0, ,3-4 x Gabus 0,045 1, ,3 x Gelas 0,78 0, ,4 x Bata bangunan 0,69 0, ,2 x Udara 0, ,0266 3,601 25,01 x 10-7 Pada pembuatan Water Heater ini dipilih Isolator nya adalah udara. b. Konduktor Konduktor adalah bahan yang bersifat dapat menghantarkan kalor dengan baik. Konduktor yang baik adalah yang memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi, pada umumya logam. Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan logam pada suhu 20 0 C (Holman,1993) No Bahan k (W/mºC) cp (kj/kg. C) ρ (kg/m 3 ) α (m 2 /s) 1 Perak 419 0, ,004 x Tembaga 386 0, ,42 x Alumunium 204 0, ,33 x Seng 112 0, ,60 x Besi 73 0, ,63 x Baja 54 0, ,474 x 10-5

30 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 dengan cepat perpindahan panas dari sumber api ke air. Semakin besar dan banyak sirip yang dipasang maka semakin besar pula kalor yang dipindahkan Saluran Udara Masuk Untuk memenuhi persyaratan agar proses pembakaran terjadi, api membutuhkan oksigen yang terkandung di udara agar panas yang dihasilkan dapat maksimal. Saluran udara yang terdapat di water heater terdapat pada bagian permukaan water heater dengan lubang-lubang. Hal ini dimaksudkan agar udara dapat masuk kedalam ruang water heater disekitar tempat pembakaran berlangsung. Apabila water heater kekurangan udara dalam proses pembakarannya maka hasil pembakaran tidak dapat maksimal. Karena sifat api yang membutuhkan oksigen untuk proses pembakarannya api akan cenderung mengarah keluar dari water heater jika pasokan udara tidak ada didalam water heater. Didalam keadaan normal komposisi oksigen di dalam udara berkisar 20, 95% dari komposisi udara di bumi pada keadaan normal.

31 Kebutuhan Udara Didalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan harus disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Tabel 2.4Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber : Buku komposisi udara dalam keaaan normal) No. Unsur Presentase % 1 Nitrogen 78,1 2 Oksigen 20,93 3 Karbon dioksida 0,31 4 Argon 0,94

32 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, 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 2.4 Media pembakar yang menggunakan bahan bakar LPG Spesifikasi media pembakar pada Gambar 2.4 sebagai berikut : Dimensi (mm) Daya pemanasan Bahan : 570 x 315 x 168 (PLT) : 21.8 kw/h High Pressure : Besi tuang

33 15 Gambar 2.5 Kompor portable RT Dimensi (mm) Daya pemanas Bahan : 3442 x 275 x 85 (PLT) : 0,15 kg/h : Gas butana Gambar 2.6 Kompor gas 2 tungku Kompor gas pada Gambar 2.6 memiliki spesifikasi sebagai berikut Dimensi Daya pemanas : 720 x 415 x 201, mm : 3,6-3,8, kw/h

34 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 C dan butana 3 H 8 C, dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 4 H 10 %,selebihnya adalah gas pentana C yang dicairkan. Perbandingan 5 H 12 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 2 cm. Nilai kalori sekitar : 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 C H 3 8 sebagai berikut :, jika terbakar sempurna adalah C H O2 3CO H 2 O + panas propana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan J/kg atau 46MJ/kg. Reaksi pembakaran butana C,jika terbakar sempurna sebagai berikut : 4 H 10

35 17 2 C H O2 8CO H 2 O + panas butana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia 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 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 2.4 DayaPemanasan dan Efisiensi berbagai macam bahan bakar (sumber: Intan Pariwara (2010) buku efisiensi berbagai macam bahan bakar) Bahan Bakar Daya Pemanasan kkal/kg Efisiensi alat masak % Kayu bakar Arang Minyak tanah Gas kota LPG Listrik 860 kcal/kwh 60

36 Proses Pembakaran LPG Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dengan unsur bahan bakar. Oksigen didapat dari udara luar yang merupakan campuran dari berbagai senyawa kimia antara lain LPG (Liquefied Petroleum Gas) yaitu gas alam yang dicairkan. LPG merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam yang dicairkan. Komponen LPG paling banyak adalah gas propana C H 3 8 dan butana C 4 H 10 adalah gas pentana C H 5 12, dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya 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 2 cm. Nilai kalori sekitar : BTU/lb. Untuk mengatasi terjadi kebocoran sehingga dapat terdeteksi dengan cepat dan mudah maka LPG ditambahkan zat mercaptan. Reaksi pembakaran propana C H 3 8 sebagai berikut :, jika terbakar sempurna adalah C H O2 3CO H 2 O + panas propana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan J/kg atau 46MJ/kg

37 19 sebagai berikut : Reaksi pembakaran butana C H 4 10,jika terbakar sempurna adalah 2 C H O2 8CO H 2 O + panas butana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg 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 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 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)

38 20 Gambar 2.7 Aliran fluida dalam saluran air m air = (massa jenis) (luas penampang) (kecepatan air) m r 2 air u m...(2.1) q air m air c air T i T o...(2.2) Pada persamaan (2.1) dan (2.2) q air : laju aliran kalor yang diterima air, watt m air : laju aliran massa air, kg/detik c air : kalor jenis air, 4179 J/kg o C. Tin : suhu air masuk water heater, o C Tout : suhu air keluar water heater, o C. u m : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s d : massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m : diameter saluran, m 3 Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3) q gas = m gas C gas...(2.3) Pada persamaan (2.3) : m gas : massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

39 21 c gas : nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J) Efisiensi Water Heater Efisiensi Water Heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4) q q air gas x100%... (2.4) Pada persamaan (2.4) : : Efisiensi water heater (%) q air : Laju aliran kalor yang diterima air, watt q gas : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt 2.2. Tinjauan Pustaka Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran. Bermacam macam ditawarkan dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, suhu yang dihasilkan dan bahan bakar yang digunakan. Referensi pembuatan water heater dengan bahan bakar gas LPG pada penelitian ini mengacu pada beberapa water heater yang beredar di pasaran, seperti pada gambar berikut : Spesifikasi Beberapa Water Heater yang ada di pasaran a. Water Heater gas LPG tipe WH1

40 22 Gambar 2.8 Water heater gas LPG tipe WH1 (sumber 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 Dimensi Produk : Panjang (cm) :30 Lebar (cm) :4,6 Tinggi (cm) :44 Berat (kg) :13

41 23 b. Water Heater gas LPG tipe WH2 Gambar 2.9 Water heater gas LPG tipe WH 2 (sumber Spesifikasi : Lebar : 290 mm Pemasangan : Eksternal/ Internal* Panjang : 369 mm Berat : 6, 1 Kg Kapasitas air panas : 5 ltr/ mnt Gas Input : 0, 5 Kg/ h Ignition : Baterai Tekanan Gas : 280 mm H2O Suhu maksimum : 60 o C Outlet Gas : 0,5inch Outlet Air Dingin : 0,5 inch Outlet Air Panas : 0,5 inch Tekanan Air Minimum : 0, 2 kgf/ cm 2

42 24 Instant Warm System : No c. Water Heater gas LPG tipe WH3 Spesifikasi Gambar 2.10 Water heater gas LPG tipe WH 3 (sumber Warna Kapasitas maksimum Berat Dimensi luar Temperatur maksimum Tipe gas : putih : 6 Liter/menit : 37 kg : 740 x 430 x 248, mm : 40 O C - 80 O C : LPG Kontruksi Water Heater yang ada di pasaran a. Water heater model 1

43 25 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 2.11 Water Heater model 1 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

44 26 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 2.12 Water heater model 2 Dari Gambar 2.12 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 heatermodel 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

45 27 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. Gambar 2.13 Water heater model 3 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

46 28 terdapat pada caranya membuang gas buang yang dipergunakan untuk memanaskan air. Gambar 2.14 Water heater model 4 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).

47 Hasil Penelitian Sebelumnya Suparno (2014) melakukan penelitian tentangkarakteristik water heater dengan panjang 12 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 12 meter, diameter bahan pipa 0,5 inci, 150 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 4 buah sirip dari pipa berdiameter 0,5 inci yang bertujuan untuk (a) membuat alat water heaterdengan sumber energi gas LPG, (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. Penelitian ini memperoleh hasil (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada kondisi ditutup rapat debit aliran : 11,4 liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 42,6 C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir saat kondisi ditutup rapat dinyatakan dengan persamaan : T out= 108,8 (debit) 0,36. (liter/ menit) 0,36 ( m air dalam liter/menit, T out dalam C ) R 2 = 0,984, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada kondisi ditutup rapat dinyatakan dengan persamaan : Q air = 10,92 (debit) 0,079. (liter/ menit) -0,079 ( m air dalam liter/menit, Q air dalam Joule), (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara : 17551, ,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

48 30 diperlukan dinyatakan dengan persamaan : n = - 0,776 mair ,24 mair+ 31,04 (mair dalam liter/menit, n dalam %) R 2 = 0,967. Putra (2012) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang berjudul Water heater Dengan Panjang Pipa 20 meter dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar Yang bertujuan: (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 perpindahan aklor yang diterima oleh air, (d) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan efesiensi water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut: (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada diding luar 25 cm, (c) Diameter pada diding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) 1005 Lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip pada pipa berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan panas dengan temperatur 42,9 o 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 m 3 + 1,126 m 2-16,52 m + 129,9 ( m dalam liter/menit, To dalam o C) dan R 2 =0,997. (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair =17,09 m m m (mdalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R 2 = 0,94. (d) Hubungan antara debit air yang

49 31 mengalir dengan efesiensi water heater dapat dinyatakan dengan persemaan η= 0,077 m 3 2,208 m ,84 m + 16,50 (m dalam liter/menit, η dalam %) dan R 2 = 0,94. Setiawan (2012) melakukan penelitian tentang 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 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 ) R 2 = 0,990, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : q air = - 171,9 m air m air ( m air dalam liter/menit, q air dalam watt) R 2 = 0,967, (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara : 17551, ,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

50 32 diperlukan dinyatakan dengan persamaan : n = - 0,776 mair ,24 mair+ 31,04 (mair dalam liter/menit, n dalam %) R 2 = 0,967.

51 BAB III PEMBUATAN WATER HEATER 3.1. Persiapan Pada persiapan awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 12 meter dan diameter 0,5 inci merupakan pembuatan water heater dengan tiga tabung yaitu tabung bagian dalam, tabung bagian tengah dan tabung bagian luar. Proses persiapan selanjutnya adalah pengukuran terhadap desain water heater meliputi rangka dalam, rangka luar, tabung dalam, tabung luar dan penutup water heater mengikuti diameter pembakaran atau burner Bahan Water Heater Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater adalah : a. Pipa tembaga dengan panjang pipa 12 meter, dengan berdiameter 0,5 inci b. Plat Galvanum c. Besi strip d. Baut dan mur e. Nako besi 10 mm x 10 mm f. Paku keling Bahan-bahan pembuatan water heater di sajikan dalam bentuk pada Gambar (3.1), Gambar (3.2), Gambar (3.3), Gambar (3.4), Gambar (3.5), dan Gambar (3.6). 33

52 34 Gambar 3.1 Pipa tembaga panjang Gambar 3.2 Plat galvanum Gambar 3.3 Besi strip

53 35 Gambar 3.4 Baut dan mur Gambar 3.5 Nako besi Gambar 3.6 Paku keling

54 Alat water heater Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan water heater adalah : a. Bor Alat ini berfungsi untuk membuat lubang udara pada casing water heater Gambar 3.7 Bor b. Gerinda Alat ini berfungi sebagai pemotong sekaligus merapikan dinding water heater Gambar 3.8 Gerinda

55 37 c. Las tembaga Las tembaga berfungsi sebagai penyambungan dalam pipa tembaga Gambar 3.9. Las tembaga d. Las listrik Las listrik berfungsi sebagai penyambung dalam pembuatan rangka water heater. Gambar Las listrik

56 38 e. Kunci pas Kunci pas berfungsi berguna untuk memasang dan mengencangkan mur dan baut dalam pengerjaan rangka water heater. f. Pemotong pipa tembaga Gambar Kunci pas Alat ini berfungsi sebagai pemotong pipa tembaga Gambar Pemotong pipa tembaga

57 39 g. Penekuk pipa tembaga Alat ini digunakan untuk menekuk atau membekokkan pipa tembaga Gambar Penekuk pipa tembaga h. Tang Tang berguna dalam menjepit tembaga untuk pembuatan sirip water heater Gambar Tang

58 40 i. Gunting plat Alat ini digunakan untuk memotong plat galvanum. Gambar Gunting plat j. Meteran Meteran berfungsi dalam menentukan ukuran plat galvanum, panjang rangka water heater dan besi nako. Gambar Meteran k. Jangka sorong Jangka sorong digunakan dalam mengukur pada bagian water heater secara lebih teliti dan detail.

59 41 Gambar Jangka sorong 3.4. Proses Pembuatan Alat a. Merancang bentuk water heater Dalam merancang dan pembuatan gambar bentuk water heater dengan variasi menggunakan penangkap kalor gas buang, dapat dilakukan dengan proses manual ataupun dapat menggunakan software. Dalam perancangan bentuk water heater perlu diberikan ukuran pada setiap bagian water heater. b. Memotong pipa tembaga Dalam pemotongan pipa tembaga menggunakan alat pemotong pipa tembaga yang bertujuan agar pipa yang dipotong hasilnya lebih baik dan sesuai dengan hasil yang diinginkan. Selain hail potongan pipa tetap berdiameter bulat, cacat yang diahasilkan juga hampir tidak ada. Pipa tembaga yang dipotong sepanjang 12 meter. c. Proses pelingkaran pipa tembaga Pipa tembaga yang awalnya berbentuk lurus dibentuk melingkar dengan ukuran diameter dalam 160 mm dan diameter luar 190 mm sampai hasilnya berbentuk spiral. Pada pengerjaan ini, pelingkaran pipa menggunakan alat penekuk pipa tembaga dengan bantuan panci sebagai titik poros tengah agar menjadi silinder dan hasilnya lebih rapi.

60 42 Setelah proses pelingkaran pipa tembaga selesai, dilanjutkan dengan proses pemasangan empat pasang sirip dengan panjang sirip masing-masing 250 mm diluruskan atau dipipihkan dan diberi lubang pada ujung tiap sirip. Kemudian baut dimasukkan ke dalam lubang yang ada pada sirip tersebut, lalu dikencangkan dengan mur untuk pemasangan sirip pada pipa tembaga yang telah dibuat berbentuk spiral. Pemasangan sirip pada pipa dibuat arah vertikal terhadap lingkaran pipa tembaga. Gambar Pembentukan pipa tembaga menjadi spiral d. Membuat kerangka water heater Water heater ini menggunakan dua tabung yaitu tabung bagian luar dan tabung bagian dalam satu tabung di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral, jadi kerangkan water heater dibuat dua bagian. Membuat kerangka bertujuan agar membantu water heater dapat kokoh dan dan tabung yang di pakai dapat menjadi rapi. Tahapan pertama yang dilakukan yaitu membuat lingkaran dengan besi naco.

61 43 Gambar Pembentukan Lingkaran Setelah proses pembentukan besi naco menjadi lingkaran untuk bagian atas dan bawah kerangka water heater, pengerjaan selanjutnya yaitu menyambungkan dua lingkaran atas dan lingkaran bawah dengan menggunakan plat strip yang dilakukan dengan proses las listrik. Gambar Penyambungan kerangka water heater Pengerjaan tahap terakhir yaitu dengan memasang galvanum untuk melapisi dinding luar kerangka. Agar galvanum dapat menempel dengan kuat diperlukan paku keling, sebelum mengunakan paku, galvanum dipasang pada kerangka dan dilubangi agar mendapatkan lubang yang digunakan untuk tempat paku.

62 44 Gambar Pengerjaan lubang untuk paku keling e. Memasukkan pipa tembaga yang sudah berbentuk spiral ke dalam rangka Setelah proses pengerjaan rangka water heater selesai pipa tembaga yang berfungsi sebagai tempat jalannya air yang sudah dibentuk spiral lalu dimasukkan ke dalam rangka. f. Membuat lubang udara Membuat lubang udara bertujuan agar terjadi sirkulasi udara yang baik, dengan menggunakan galvanum yang dilubangi menggunakan bor. Proses melubangi dilakukan dari tabung dalam hingga tembus sampai ke tabung luar. Gambar Membuat lubang udara

63 45 g. Membuat tabung bagian dalam Dibutuhkan plat galvanum untuk tabung diameter dalam berukuran 870 mm x 350 mm, yang dilekatkan dengan besi strip yang berfungsi sebagai penyangga lalu dilakukan proses pelubangan berjumlah 5 titik dan dipasang dengan paku keling. Gambar Membuat tabung bagian dalam h. Pemasangan sirip Sirip yang digunakan 4 buah yang juga terbuat dari pipa tembaga itu sendiri, yang ditempel pada pipa tembaga yang sudah dirol di bagian dalam dan luar, pemasangan sirip ini menggunakan baut dan mur yang sebelumnya telah dilubangi terlebih dahulu. Gambar Pemasangan sirip