PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 PEMANAS AIR TENAGA GAS LPG DENGAN VARIASI PEMBUKAAN SALURAN GAS BUANG Skripsii Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh : CHRISMADIKA NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014 i

2 THE VARIATION OF OPENING AIR EXHAUST WATER HEATER WITH LPG GAS BURNING Final Project As Partial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Degree In Mechanical Engineering in Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department Created by : CHRISMADIKA Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMEN SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMAA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii

3 PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI September 2014

4 PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Oktober 2014

5 MOTTO Kebijaksanaan akan memelihara engkau, kepandaian akan menjaga engkau (Amsal 2:11) Seseorang yang melakukan kesalahan dan tidak memperbaikinya, telah melakukan satu kesalahan lagi. Keberhasilan terbesar kita bukanlah karena tidak pernah gagal, tetapi bagaimana kita bangkit setiap kali kita mengalami kegagalan.! (Confucius) Orang-orang yang berhenti belajar akan menjadi pemilik masa lalu. Orang-orang yang masih terus belajar, akan menjadi pemilik masa depan. (Mario Teguh) v

6 PERSEMBAHAN Karya ini kupersembahkan kepada : Tuhan Yang Maha Kuasa Orang Tuaku Istriku Adikku Semua teman temanku vi

7 PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir berjudul Pemanas Air Tenaga Gas LPG dengan Variasi Pembukaan Saluran Gas Buang. tidak memuat karya yang pernah diajukan dan dibuat di perguruan tinggi manapun, serta sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat pula karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan di dalam daftar pustaka. Yogyakarta, 23 Mei 2014 Penulis Chrismadika vii

8 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Chrismadika Nomor Mahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : PEMANAS AIR TENAGA GAS LPG DENGAN VARIASI PEMBUKAAN SALURAN GAS BUANG Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, Oktober 2014 Yang menyatakan Chrismadika viii

9 INTISARI Penelitian ini bertujuan untuk membuat water heater untuk menghasilkan air panas, menentukan water heater terbaik dari berbagai hasil water heater dengan pembukaan 2,5 cm, 17 cm, 10 cm, 24 cm, tanpa penutup, mendapatkan suhu keluar water heater, dan mengetahui efisiensi pemanas air. Water heater yang dirancang berbentuk segi panjang dengan dimensi panjang dinding terluar 42 cm, lebar dinding terluar 42 cm, dan tinggi 600 cm, sedangkan ukuran panjang dinding dalam adalah 32 cm dan lebar dinding dalam 32 cm, pipa tembaga berdiameter 3 / 8 inchi dengan panjag pipa 15 meter dibuat spiral dilengkapi dengan sirip dari plat tembaga 0.2 mm yang dipotong kecil-kecil dan diselipkan diantara kumparan dengan cara melilitkan pada sepanjang pipa spiral, water heater ini tanpa lubang ventilasi pada dinding. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air yang mengalir kedalam water heater dengan pergeseran celah plat penutup tungku water heater dan percobaan serta data hasil percobaan diambil di laboraorium Teknik Mesin Sanata Dharma. Hasil dari penelitian percobaan ini adalah : a. Rancangan dan pembuatan water heater telah berhasil dibuat dengan baik, dan unjuk kerja dari alat ini mampu untuk menghasilkan air panas. b. Hasil percobaan water heater tanpa lubang dengan variasi terakhir yakni bukaan penuh dengan debit air keluar sebesar 5,7 liter / menit dan temperatur air keluar 43,8 C dengan efisiensi sebesar 76,5% lebih tinggi 16,5% dari efisiensi umum alat masak yakni 60% merupakan kondisi paling baik dari setiap percobaan yang telah dilakukan. ix

10 KATA PENGANTAR Penulis menghaturkan puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia-nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik. Tugas Akhir ini adalah persyaratan untuk mencapai sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Tugas Akhir ini di beri judul Pemanas Air Tenaga Gas LPG dengan Variasi Pembukaan Saluran Gas Buang. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari bebagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Romo T. Agus Sriyono SJ, selaku Direktur ATMI Surakarta yang telah memberi kesempatan untuk studi lanjut di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Romo Clay Pareira SJ, selaku Pudir ATMI Surakarta. 3. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 4. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan Pembimbing Akademik serta selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan motivasi, pandangan hidup, dan bimbingan Tugas Akhir dengan sabar kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 5. Bp. Albertus Murdianto, M.Pd.,selaku Kepala Sekolah SMK St. Mikael Surakarta yang memberikan arahan dalam penyelesaian tugas akhir. x

11 6. Fransisca Dati Dwi Anggraeni, selaku Istri yang selalu mendoakan dan memberi semangat untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 7. Yakobus Sunaryo dan Fransisca Romana Warsiti, selaku orang tua yang selalu mendoakan, memberi semangat, dan dorongan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Semua pihak yang telah membantu Penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir. Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka Penulis memohon maaf dan terbuka untuk menerima saran dan kritik yang membangun. Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya yang mungkin akan melakukan penelitian yang sejenis. Akhir kata Penulis mengucapkan terima kasih. Yogyakarta, 27 Agustus 2014 Penulis Chrismadika xi

12 DAFTAR ISI JUDUL. i LEMBAR PERSETUJUAN.. iii LEMBAR PENGESAHAN... iv MOTTO... v PERSEMBAHAN... vi PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN... viii INTISARI... ix KATA PENGANTAR... x DAFTAR ISI... xii DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xvii DAFTAR NOTASI... xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat... 6 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Dasar Teori Pengertian Perpindahan Panas Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan Kalor Radiasi Perancangan Pipa Saluran Air Sirip xii

13 2.1.7 Saluran Udara Masuk Proses Pembakaran Gas LPG Sumber Api Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran Isolator Kecepatan Air Rata-Rata Laju Aliran Massa Air Laju Aliran Kalor yang Diterima Air Laju Aliran Kalor yang Dilepaskan Pembakaran Gas Efisiensi Pembakaran Referensi Water heater gas LPG yang ada di pasaran Konstruksi water heater Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER Perancangan Water Heater Tungku Pemanas Pipa Saluran Air Pasak Plat Penutup Selang Air Pembuatan Water Heater Bahan Water Heater Sarana dan Peralatan Yang Digunakan Langkah-langkah Pengerjaan BAB IV METODOLOGI PENELITIAN Objek Penelitian Skema Pengujian Variasi Penelitian Peralatan Pengujian xiii

14 4.5 Cara Pengumpulan Data Cara Pengolahan Data dan Pembahasan Metoda Pengambilan Kesimpulan BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER Hasil Pengujian Perhitungan Matematis Perhitungan kecepatan air rata-rata Perhitungan laju aliran massa air Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air Perhitungan laju aliran kalor yang dilepaskan pembakaran gas Efisiensi Hasil Pengolahan Data Tabel Perhitungan Grafik Hasil Penelitian Pembahasan BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konveksi udara dengan permukaan panas... 8 Gambar 2.2 Contoh pipa bersirip Gambar 2.4 Diagram segitiga terjadinya nyala api Gambar 2.5 Water heater Gas Tipe X Gambar 2.6 Water heater Gas Tipe X Gambar 2.7 Water heater Gas Tipe X Gambar 2.8 Konstruksi tangki penampungan water heater Gambar 2.9 Konstruksi tangki penampungan dan turbulator water heater Gambar 2.10 Konstruksi tangki penampungan dan pipa spiral water heater Gambar 2.11 Konstruksi tanpa tangki penampungan water heater Gambar 3.1 Tungku water heater Gambar 3.2 Rancangan dan pola hasil dari pembuatan penukar kalor Gambar 3.3 Pasak penyangga penukar kalor Gambar 3.4 Tungku water heater Gambar 3.5 Hasil rakitan water heater Gambar 4.1 Skema pengujian water heater Gambar 4.2 Pembukaan penutup 2,5 cm Gambar 4.4 Pembukaan penutup 10 cm Gambar 4.3 Pembukaan penutup 17 cm Gambar 4.5 Pembukaan penutup 24 cm Gambar 4.6 Tanpa plat penutup Gambar 4.7 Proses pengambilan data percobaan water heater Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dan suhu air keluar.dengan variasi pembukaan penutup bagian atas xv

16 Gambar 5.1.a Pembukaan 2,5 cm Gambar 5.1.b Pembukaan 10 cm Gambar 5.1.c Pembukaan 17 cm Gambar 5.1.d Pembukaan 24 cm Gambar 5.1.e Pembukaan penuh Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dan laju aliran kalor dengan variasi...pembukaan penutup bagian atas Gambar 5.2.a Pembukaan 2,5 cm Gambar 5.2.b Pembukaan 10 cm Gambar 5.2.c Pembukaan 17 cm Gambar 5.2.d Pembukaan 24 cm Gambar 5.2.e Pembukaan penuh Gambar 5.3 Hubungan antara efisiensi dan debit air dengan variasi pembukaan..penutup bagian atas Gambar 5.3.a Pembukaan 2,5 cm Gambar 5.3.b Pembukaan 10 cm Gambar 5.3.c Pembukaan 17 cm Gambar 5.3.d Pembukaan 24 cm Gambar 5.3.e Pembukaan penuh Gambar 5.4 Grafik perbandingan temperatur hasil percobaan pemanas air dengan..pembukaan bertahap sampai pembukaan penuh Gambar 5.5 Grafik perbandingan laju aliran kalor hasil percobaan pemanas air..dengan pembukaan bertahap sampai pembukaan penuh Gambar 5.6 Grafik perbandingan efisiensi dan debit aliran air hasil percobaan..pemanas air dengan pembukaan bertahap sampai pembukaan..maksimal xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman, 1993) 11 Tabel 2.2 Perbandingan nilai kalor bahan bakar. 19 Tabel 2.3 Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman, 1993) 24 Tabel 3.1 Kebutuhan material 39 Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi Bukaan Geser 2,5 cm Tabel 5.2 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 10 cm Tabel 5.3 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 17 cm Tabel 5.4 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 24 cm Tabel 5.6 ṁ air, q air, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 2,5 cm Tabel 5.7 ṁ air, q air, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 10 cm Tabel 5.8 ṁ air, q air, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 17 cm Tabel 5.9 ṁ air, q air, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 24 cm Tabel 5.10 ṁ air, q air, dan ɳ pemanas air dengan pembukaan penuh xvii

18 DAFTAR NOTASI R = Jari-jari atau jarak, m D = Diameter, m ΔT = Perubahan temperature, C T = Temperatur, C T 1 = Temperatur suhu masuk water heater C T 2 = Temperatur suhu keluar water heater C V = Volume, m 3 q air = Laju perpindahan kalor yang diterima air, watt q gas = Laju perpindahan kalor yang dilepas gas, watt ɳ = Efisiensi water heater, % k = Konduktifitas termal, W/m C h = Koefisien perpindahan konveksi, W/m 2 C ṁ air = Laju aliran massa, kg/s c p = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg C ṁ = Debit air Liter / menit u m = Kecepatan aliran air m/s ρ = Massa jenis kg/m 3 xviii

19 BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kebutuhan air panas dalam rutinitas hidup sehari-hari pada zaman ini sangat tinggi. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya penggunaan air panas pada rumah tangga untuk keperluan mandi, penginapan sebagai fasilitas air hangat untuk keperluan mandi yang tergolong hal penting, penggunaan di rumah makan untuk mencuci peralatan masak, dan contoh lain adalah di rumah sakit untuk keperluan mandi pasien yang menjadikan air panas sebagai salah satu kebutuhan pokok yang mendesak. Beberapa contoh tersebut merupakan pemanfaatan dari penggunaan air panas dalam kehidupan sehari-hari. Dengan bertambahnya populasi manusia maka kebutuhan akan air panas akan terus meningkat. Hal tersebut berdampak pada kebutuhan energi pemanas yang dibutuhkan, pemanfaatan energi yang efektif dan efisien merupakan hal yang dibutuhkan mengingat keterbatasan energi yang disediakan oleh alam. Suhu rata-rata pemanfaatan air panas dalam kebutuhan adalah antara ºC, faktor pemenuhan terhadap waktu penyediaan air (debit) dibanding dengan suhu yang diminta merupakan merupakan nilai tambah yang membuat sebagian besar orang mau untuk memilih mengunakan alat pemanas tersebut. Berikut adalah manfaat penggunaan air panas/hangat dan alasan orang menggunakan air panas dalam kehidupan sehari-hari : a. Air hangat sebagai air mandi bagi orang sakit dan merupakan kebutuhan pokok dalam setiap rumah sakit. 1

20 b. Air hangat dibutuhkan mandi anak kecil atau bayi agar tidak merasa kedinginan. c. Air hangat digunakan untuk sarana relaksasi dan melepas lelah bagi sebagian orang setelah pulang dari kerja. d. Ketersediaan air hangat di hotel dan rumah penginapan merupakan sarana yang dapat meningkatkan prestis dalam penawaran pelayanan kepada konsumen. e. Air hangat sebagai kebutuhan mandi bagi orang yang bertempat tinggal iklim dingin. Water heater banyak diminati untuk memenuhi kebutuhan air panas dibandingkan dengan cara merebus air karena lebih praktis dan efektif. Pemanfaatan energi yang dipakai sebagai pemanas dapat menggunakan beberapa sumber energi yakni dapat berasal dari energi listrik, gas dan matahari. Dalam penelitian ini pemanfaatan energi panas yang digunakan adalah energi gas LPG (Liquified Petroleum Gas). Berikut ini adalah perbandingan water heater yang menggunakan sumber energi gas LPG dengan sumber energi listrik dan matahari adalah : a. Water Heater tenaga gas LPG 1. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan air panas lebih singkat dan dapat dihasilkan kapan saja tanpa ada hambatan siang dan malam, musim hujan atau musim panas, serta ada atau tidaknya ketersediaan listrik sebagai sarana pemanas. 2

21 2. Selama ada air yang mengalir dan gas LPG maka kapasitas air panas yang yang dihasilkan tidak terbatas dan dapat dipergunakan secara terusmenerus. 3. Dapat dipergunakan dimana saja dengan inslasi yang sederhana. 4. Harga awal yang relatif murah. 5. Tidak membutuhkan tambahan instalasi listrik dalam memanaskan air sehingga hemat listrik. 6. Tidak memerlukan penampungan air atau penyimpan air (storage tank). 7. Tidak ramah lingkungan karena alat pemanas menghasilkan gas sisa pembakaran. b. Water Heater tenaga listrik 1. Instalasi yang lebih bersih dikarenakan tanpa adanya proses pembakaran bahan bakar. 2. Kapasitas panas yang dihasilkan harus selalu menyesuaikan terhadap volume produk yang akan dihasilkan sehingga berdampak pada penggunaan kebutuhan daya listrik dalam per satuan volume agar suhu air yang keluar dapat stabil. 3. Sebagian produk model pemanas air tenaga listrik membutuhkan penampungan air (storage tank). 4. Dalam menghasilkan air panas membutuhkan waktu yang relatif tergantung pada volume air yang dipanaskan, atau dengan kata lain semakin banyak air yang dipanaskan semakin lama waktu yang dibutuhkan sehingga tidak dapat untuk memenuhi kebutuhan yang mendadak. 3

22 5. Harga untuk pembelian alat pemanas air tenaga listrik cukup mahal. 6. Untuk mendapatkan air panas sangat bergantung pada ketersediaan listrik. 7. Penggunaan daya listrik yang tinggi sehingga boros energi listrik. c. Water Heater tenaga matahari 1. Energi matahari tersedia secara gratis di alam. 2. Kapasitas air panas yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh faktor cuaca dan intensitas panas yang diterima dari matahari, pada musim hujan penggunaan pemanas air jenis ini tidak efektif 3. Ramah lingkungan karena pemanfaatan sinar matahari yang bebas emisi atau gas buang. 4. Pemanfaatan energi matahari terbatas pada waktu siang hari saja. 5. Harga awal untuk menyediakan alat sangat mahal. 6. Instalasi pemanas air energy matahari sangat rumit. 7. Kapasitas air panas yang dipergunakan terbatas. 8. Waktu yang diperlukan untuk memanaskan air cukup lama. 9. Jika air panas dalam penampungan sudah habis tidak dapat secara langsung diisi lagi dengan air panas yang baru. 10. Memerlukan tempat penampungan air panas. Dengan dasar hal-hal tersebut di atas penulis tertarik untuk melakukan penelitian bertopik pemanas air tenaga gas LPG. 4

23 1.2. Perumusan Masalah a. Apa dampak dari bukaan penutup pada pemanas air? b. Apa pengaruh debit air dengan temperatur air keluar dari pemanas air pada setiap pembukaan penutup? c. Apa pengaruh debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada setiap pembukaan penutup? d. Apa pengaruh debit air dengan effisiensi pemanas air pada setiap pembukaan penutup? e. Apakah pemanas air model ini dapat disetarakan dengan produk di pasaran? 1.3. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Merancang dan membuat water heater. b. Menjabarkan water heater yang mencakupi antara lain debit paling besar dengan suhu air keluar water heater Batasan Masalah Penelitian ini memiliki batasan masalah antara lain : a. Pipa spiral dengan 2 tingkat alur aliran yang memiliki panjang pipa 15m, diameter pipa dalam adalah 3/8 inchi, dan energi gas LPG sebagai bahan bakar. b. Variasi yang dilakukan adalah besarnya pembukaan plat tutup gas buang dengan berbagai debit aliran air, dimensi panjang 44cm dan lebar 36cm. c. Tungku pemanas air berbentuk segi empat dengan dimensi panjang dan lebar 42cm dan tinggi 600cm tanpa lubang di dinding. 5

24 d. Tidak membahas tentang pressure drop. e. Tidak membahas tentang reaksi pembakaran Manfaat Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain : a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang water heater. b. Hasil penelitian dapat dijadikan referensi bagi para peneliti lain untuk pengembangan water heater yang telah dibuat 6

25 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA DASAR TEORI DAN REFERENSI 2.1 Dasar Teori Pengertian Perpindahan Panas Proses perpindahan panas secara umum digolongkan menjadi tiga macam. Proses tersebut adalah perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan panas dapat terjadi pada material padat, cair dan gas. Syarat untuk terjadinya proses perpindahan panas adalah adanya perbedaan suhu Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan energi panas secara konduksi merupakan perpindahan energi panas yang disalurkan secara langsung antar molekul tanpa adanya perpindahan dari molekul yang bersangkutan. Proses konduksi terjadi pada benda padat, cair maupun gas jika terjadi kontak secara langsung dari ketiga macam benda tersebut. Konduktivitas panas merupakan properti dari suatu material yang menentukan kemampuan suatu benda menghantarkan panas. Materi yang memiliki konduktivitas panas rendah dapat disebut dengan isolator yang baik. Setiap materi memiliki lebar batasan dari konduktivitas panas. Konsep dasar konduktivitas panas adalah kecepatan dari proses difusi energi kinetik molekular pada suatu material yang menghantarkan panas. Pada umumnya logam adalah konduktor, yaitu penghantar panas yang baik. Sedangkan zat atau benda padat yang lain seperti kertas, plastik, wol dan kayu adalah isolator, yaitu penghantar kalor yang buruk. Baik atau buruknya 7

26 material untuk menghantarkan panas tergantung dari jumlah elektron bebas. Semakin banyak elektron bebas yang terkandung dalam material semakin baik material itu menghatarkan panas, semakin sedikit elektron bebas yang terkandung dalam material maka semakin buruk material itu untuk menghantarkan panas. Logam dapat menjadi konduktor panas karena dalam material logam banyak terkandung elektron bebas lain dengan zat padat yang lainnya. Proses perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di pemanas air gas LPG adalah panas api yang dihasilkan dari proses pembakaran mengalir atau berpindah ke permukaan luar pipa tembaga kemudian panas mengalir masuk ke dalam permukaan pipa tembaga Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan energi panas dengan proses konveksi terjadi hanya pada benda cair dan gas. Perpindahan ini disertai dengan perpindahan benda cair secara fisik. Pada saat energi panas yang diterima oleh benda cair atau gas dari sebuah permukaan yang memiliki suhu lebih tinggi dan melebihi titik batas fasa zat tersebut maka zat cair atau gas itu akan mengalami perubahan phasa. Gambar 2.1 menggambarkan tentang perpindahan panas secara konveksi. Figure 1Gambar 2.1 Konveksi udara dengan permukaan panas 8

27 Contoh perpindahan panas konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah membayangkan sebuah telor panas setelah direbus yang didinginkan oleh tiupan angin dari kipas angin atau didiamkan di sebuah ruangan dengan udara bebas. Contoh pertama merupakan bentuk konveksi paksa karena menggunakan kipas angin untuk menghembuskan udara yang disekitarnya guna melewati permukaan telur sehingga telur menjadi dingin, contoh kedua merupakan konveksi alami karena perpindahan panas terjadi antara udara sekitar telur dengan cangkang telur yang panas terus menerus sampai mencapai suhu yang sama. Perpindahan panas secara konveksi yang terjadi di pemanas air gas LPG adalah panas yang diserap oleh permukaan luar pipa tembaga yang mengalir ke dalam permukaan pipa dan fluida yang ada di dalamnya sehingga suhu fluida yang mengalir dalam pipa tembaga meningkat Perpindahan Kalor Radiasi Proses perpindahan kalor radiasi adalah perpindahan energi radiasi dirambatkan menggunakan gelombang elektromagnetik diantara dua objek yang dipisahkan oleh jarak dan perbedaan temperatur dan bisa berlangsung tanpa adanya medium penghantar. Perpindahan kalor radiasi sangat berbeda dengan perambatan energi cahaya yang hanya menggunakan panjang gelombang masing masing. Gelombang elektromagnetik dapat melalui ruangan hampa dengan sangat cepat dan juga dapat melalui cair, gas dan beberapa benda padat. Energi yang dirambatkan diserap oleh permukaan benda yang dikenainya 9

28 dengan jumlah yang berbeda beda. Hal ini tergantung pada kemampuan penyerapan dari benda yang dikenainya. Matahari merupakan contoh yang mudah untuk perpindahan panas dengan radiasi. Radiant energi dari matahari dirambatkan melalui ruang hampa dan atmosfer bumi. Energi yang dirambatkan ini akan diserap dan tergantung pada karakteristik permukaan. Semua objek yang memilki warna yang gelap terutama berwarna hitam akan lebih mudah menyerap energi ini. Perpindahan panas secara radiasi yang terjadi pada pemanas air gas LPG adalah panas dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan panas dari tabung dalam mengalir ke tabung luar dan tabung luar ke udara disekitar tabung pemanas air Perancangan Pipa Saluran Air Perancangan pipa saluran air dalam konstruksi pemanas air tenaga gas LPG kebanyakan berpenampang lingkaran, hal ini didasari oleh beberapa alasan dan pertimbangan yang harus dilakukan mengingat saluran air merupakan bagian inti dari pemanas air yakni diantaranya adalah : a. Pemilihan bahan pipa Bahan yang dipilih dalam perancangan pipa saluran air harus memiliki karakteristik sebagai konduktor yang baik sehingga nilai konduktivitas termal yang ada mampu menyerap kalor yang ada secara maksimal dari api hasil pembakaran bahan bakar mengalir masuk sampai kepada fluida yang bergerak di dalam pipa saluran air. Dibawah ini adalah Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan logam. 10

29 Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman, 1993) Bahan Konduktifitas Termal (k) W/m C Btu/h.ft. F Perak Tembaga Aluminium Nikel Besi Baja Karbon Dalam tabel diatas, material dari perak menempati urutan pertama dalam sifat konduktivitas termal, hal ini sangatlah ideal jika bahan pembuatan saluran air menggunakan material ini, tetapi dengan pertimbangan harga yang mahal karena termasuk logam mulia, dan ketidaktersediaan material dengan profil pipa yang ada di pasaran, maka material jenis ini tidak cocok digunakan sebagai bahan untuk saluran air. Pertimbangan berikutnya adalah material jenis Aluminium tidak dipilih sebagai bahan saluran pipa air. Hal ini memiliki alasan bahwa material Aluminium memiliki titik lebur yakni 660,32 C (Q.Ashton Acton,PhD. 2013) lebih rendah dari suhu hasil pembakaran gas LPG. Dibuktikan dengan pengalaman praktikum ketika semester sebelumnya tentang peleburan dan pengecoran dari material aluminium yang dilakukan dengan bantuan kompor gas LPG, ketika praktikum ilmu logam. Sifatnya lebih getas dibandingkan dengan material dari tembaga sehingga dapat mudah terjadi retak atau patah ketika dilakukan pembentukan. Material dengan bahan emas juga memiliki konduktivitas thermal yang lebih tinggi dari aluminium yakni 318 W/m C sehingga memiliki 11

30 kemampuan sebagai penghantar panas yang baik dan material ini memiliki suhu titik lebur yang tinggi yakni C serta anti karat. Dengan kemampuan dan sifat yang ada diatas material jenis ini cocok dipakai sebagai bahan pembuat pipa saluran air, tetapi sangat tidak mungkin untuk dipakai sebagai bahan pembuat pipa saluran air mengingat harga dari emas sangatlah mahal karena merupakan logam mulia yang dijual per gram sebagai perhiasan. Material dengan bahan tembaga dipilih dalam pembuatan saluran air. Pemilihan material tembaga dinilai paling ideal dibandingkan dengan material yang lainnya karena banyak tersedia dipasaran untuk berbagai bentuk dan jenis ukuran, mulai dari plat, batangan, dan pipa. Alasan lainya adalah material ini memiliki sifat anti karat dan mampu untuk dibentuk yang baik serta harga yang terjangkau di pasaran. b. Diameter pipa yang digunakan Diameter dalam pipa dirancang dengan ukuran 3/8 inchi. Hal ini dipilih untuk diuji coba karena percobaan sebelumnya selalu menggunakan diameter yang lebih besar yakni 1/2 inchi. Diameter 3/8 inchi tidak terlalu untuk percobaan ini karena ukuran pipa ini sering dipakai untuk kepentingan pendingin. c. Hambatan yang terjadi di dalam pipa Hambatan dalam yang terjadi saat aliran air mengalir di dalam pipa diusahakan untuk diminimalisir. Cara untuk mengurangi hambatan aliran air dalam pipa adalah dengan membuat saluran air melengkung tidak sama 12

31 dengan 90, dengan acuan ini maka bentuk spiral cocok sebagai desain pipa saluran air karena mampu mengurangi hambatan dalam yang terjadi dalam aliran air di dalam pipa saluran air. Alasan lain desain spiral dipakai dalam pembuatan pipa saluran air adalah dengan desain spiral permukaan perpindahan kalor efektif adalah samaa dengan dinding spiral sehingga sangat tergantung pada diameter serta berapa jumlah spiral yang ada dari pusat hingga diameter terluar Sirip Salah satu cara untuk meningkatkann laju perpindahan panas adalah dengan cara memperluas bidang yang mengalami konveksi. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan sirip agar dindingnya lebih luas terhadap fluida lingkungan. Konduktivitas termal material sirip memiliki dampak besar terhadap distribusi temperatur di sepanjang sirip dan oleh karena itu laju perpindahan panasnyaa juga dapat ditingkatkan. Dibawah ini adalah Gambar 2.2 Contoh pipa bersirip. Figure 2Gambar 2.2 Contoh pipa bersirip. Pada aplikasinya jenis sirip yang dipilih untuk dibuat tergantung pada ruang yang tersedia, berat, proses pembuatan, biaya, dan tentunya besar perpindahan panas tambahan yang dapat dihasilkan. Semakin banyak sirip maka mungkin 13

32 luasnya semakin besar untuk perpindahan panas yang lebih besar, akan tetapi akan menyebabkan pressure drop juga untuk aliran fluida tersebut Saluran Udara Masuk Saluran udara digunakan untuk keperluan pembakaran gas LPG, karena proses pembakaran membutuhkan oksigen. Oksigen bisa didapatkan dari udara luar atau udara bebas, dimana kandungan udara kering yang ada terdiri dari 78,08% Nitrogen, 20,95 Oksigen, 0.93% Argon, 0,03 Karbon dioksida, 0,01 Neon, Helium, Metana, dll (Asyari D.Yunus.2010). Jika proses pembakaran mengalami kekurangan oksigen maka mengakibatkan nyala api yang tidak sempurna, sehingga berdampak pada jumlah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran tersebut. Besar atau kecilnya jumlah kalor yang dihasilkan oleh proses pembakaran, secara langsung akan berdampak pada kenaikan suhu air yang keluar dari pemanas air. Dalam perancangan, saluran udara masuk melewati bagian bawah tungku, hal ini dipilih karena prinsip dasar dari aliran udara yang bersuhu rendah akan selalu mengalir bila ada suhu yang lebih tinggi di sekitarnya atau prinsip dasar konveksi. Konstruksi dinding pemanas air tidak diberi lubang karena bertujuan sebagai resistor bagi suhu dalam tungku pembakaran dan suhu di luar tungku atau suhu udara bebas Proses Pembakaran Pembakaran adalah serangkaian reaksi-reaksi kimia eksotermal antara bahan bakar dan oksidan berupa udara yang disertai dengan produksi energi berupa panas dan konversi senyawa kimia. Pelepasan panas dapat 14

33 mengakibatkan timbulnya cahaya dalam bentuk api. Bahan bakar yang umum digunakan dalam pembakaran adalah senyawa organik, khususnya hidrokarbon dalam fasa gas, cair atau padat. Dalam percobaan pemanas air, jenis pembakaran yang mungkin terjadi adalah : a. Complete Combustion Pada pembakaran sempurna, reaktan akan terbakar dengan oksigen, menghasilkan sejumlah produk yang terbatas. Ketika hidrokarbon yang terbakar dengan oksigen, maka hanya akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Namun kadang kala akan dihasilkan senyawa nitrogen dioksida yang merupakan hasil teroksidasinya senyawa nitrogen di dalam udara. Pembakaran sempurna hampir tidak mungkin tercapai pada kehidupan nyata. b. Incomplete Combustion Pembakaran tidak sempurna umumnya terjadi ketika tidak tersedianya oksigen dalam jumlah yang cukup untuk membakar bahan bakar sehingga dihasilkannya karbon dioksida dan air. Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan zat-zat seperti karbon dioksida, karbon monoksida, uap air dan karbon. Pembakaran yang tidak sempurna sangat sering terjadi, walaupun tidak diinginkan, karena karbon monoksida merupakan zat yang sangat berbahaya bagi manusia. Kualitas pembakaran dapat ditingkatkan dengan perancangan media pembakaran yang lebih baik dan optimisasi proses. Oksigen di dalam udara mendorong pembakaran bahan bakar fasa gas 15

34 dan panas akan dilepaskan secara eksoterm. Sebagian dari panas akan digunakan untuk mempertahankan kelangsungan reaksi pembakaran, sedangkan sebagian lainnya dipindahkan kembali kepada fasa terkondensasi. Pada reaksi pembakaran, selalu terjadi serangkaian proses yang berurutan, dimulai dari proses berlangsungnya pembakaran hingga proses reaksi pembakaran berakhir. Proses-proses tersebut selalu sama untuk pembakaran semua jenis bahan bakar. Rangkaian proses tersebut dapat dikategorikan menjadi lima buah proses yang berbeda-beda, yaitu : a. Preignition Pre-ignition (pra penyalaan) adalah fasa penyerapan panas dalam pembakaran. P anas diberikan kepada bahan bakar yang menyebabkan proses penguapan air dan zat-zat lain, sehingga menghasilkan gas-gas yang dapat mempertahankan keadaan api. Selama fasa pra-penyalaan, temperatur dari sistem bahan bakar dinaikkan dengan metode perpindahan panas secara konduksi, konveksi, radiasi. Panas untuk pra- penyalaan (pre-ignition) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur bahan bakar menjadi temperatur penyalaan (ignition temperature). Pada fasa ini, akan dihasilkan produk mayoritas berupa uap air yang dihasilkan dari kadar air yang tercampur secara molekuler dengan bahan bakar. Temperatur bahan bakar akan sulit meningkat apabila kadar air ini belum teruapkan. Pada fasa ini, akan terjadi degradasi senyawa organik, yang lebih sering dikenal dengan nama pirolisis. Pirolisis adalah degradasi termal dari bahan-bahan kimia. Hal ini 16

35 terjadi karena ikatan yang mendukung molekul-molekul kompleks diputuskan, sehingga melepaskan molekul-molekul yang berukuran kecil dari material bahan bakar dalam bentuk gas. b. Flaming combustion Flaming combustion adalah fasa pembakaran yang paling efisien, yang menghasilkan paling sedikit jumlah asap per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Fasa ini merupakan fasa transisi dari proses pembakaran yang endotermik menjadi proses pembakaran yang eksotermik. Pada umumnya, fasa ini terjadi pada saat temperatur mencapai 300 C. Energi yang digunakan untuk mempertahankan api dan mempertahankan reaksi berantai dari pembakaran dikenal dengan panas pembakaran. Temperatur yang dicapai di dalam fasa ini bervariasi, bergantung pada jenis bahan bakar. c. Smoldering combustion Smoldering combustion adalah fasa pembakaran yang paling tidak efisien, dimana pada fasa ini dihasilkan paling banyak jumlah asap per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Pada fasa ini, terjadi kekurangan api, dan diasosiasikan dengan kondisi dimana kadar oksigen terbatas, baik dikarenakan deposit jelaga dari bahan bakar (terutama jelaga dengan rasio luas permukaan terhadap volume yang besar). Fasa pembakaran ini terjadi pada temperatur rendah. d. Glowing combustion Glowing combustion adalah fasa pembakaran, dimana hanya bara dari 17

36 bahan bakar yang dapat diamati. Glowing cobustion menandakan proses oksidasi bahan padat hasil pembakaran yang terbentuk pada fasa sebelumnya. Fasa pembakaran ini terjadi ketika tidak lagi tersedia energi yang cukup untuk menghasilkan asap pembakaran yang merupakan karakteristik dari fasa pembakaran sebelumnya, sehingga tidak dihasilkan lagi tar atau bahan volatil dari bahan bakar. Produk utama yang dihasilkan dari fasa pembakaran ini adalah gas-gas tak tampak, seperti gas karbon monoksida dan gas karbon dioksida. e. Extinction. Extinction merupakan proses pemadaman api ketika reaki pembakaran tidak lagi berlangsung dan segitiga api telah terputus. Perihal mengenai segitiga api akan dijelaskan lebih rinci pada subbab api Gas LPG Bahan bakar yang diinjeksikan kedalam tungku pembakaran membutuhkan sejumlah udara teoretik agar reaksi dapat berjalan dengan sempurna. Kebutuhan udara dapat dihitung secara stoikiometrik meskipun dalam kenyataannya sering terjadi reaksi samping yang dapat menyebabkan adanya panas yang hilang. Biasanya dalam pembakaran udara yang dipasok lebih banyak dari kebutuhan stokiometrik sebagai usaha untuk meningkatkan efisiensi proses tetapi komposisi udara yang dipasok juga tidak boleh terlalu tinggi karena dapat menyebabkan pembakaran kurang sempurna bahkan tidak berjalan. Besarnya nilai kalor hasil pembakaran bergantung pada jenis bahan bakar 18

37 yang digunakan. Hal ini berkaitan dengan unsur-unsur yang menyusun bahan bakar yang berkaitan dengan daya pemanasan setiap jenis bahan bakar. Dibawah ini adalah tabel perbandingan beberapa jenis bahan bakar berikut dengan daya pemanasan serta efisiensi pemanasannya. 1Tabel 2.2 Perbandingan nilai kalor bahan bakar. Sumber : aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peran-lpg-di-dapur-anda.pdf Jenis Daya Pemanasan Efisiensi alat masak Kayu Bakar 4000 (Kkal/kg) 15 % Arang 8000 (Kkal/kg) 15 % Minyak Tanah (Kkal/kg) 40 % Gas Kota 4500 (Kkal/m3) 55 % LPG (Kkal/kg) 60 % Listrik 860 (Kkal/KWh) 60 % Pada tabel perbandingan diatas nilai daya pemanasan paling tinggi dimiliki oleh gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) sebesar Kcal/Kg hal ini karena gas LPG merupakan gas alam yang dicairkan dan merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Komponen dari LPG didominasi oleh propana (C 3 H 8 ) dan butana (C 4 H 10 ), namun LPG juga memiliki kandungan hidrokarbon lain, meskipun dalam jumlah kecil, misalnya etana (C 2 H 6 ) dan pentana (C 5 H 12 ). Dalam kondisi atmosferik, LPG memiliki bentuk gas, akan tetapi dengan meninggikan tekanan dan menurunkan temperatur, maka gas alam akan berubah fasa menjadi fasa cair. Gas alam dalam betuk cair memiliki volume yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan volume gas alam di dalam fas gas. Perbandingan volume gas alam dalam fasa gas dibandingkan ketika 19

38 berada dalam fasa cair adalah 250 berbanding 1. Hal ini menjadi alasan agar bahan bakar gas alam pada umumnya dipasarkan dalam bentuk cair di dalam tabung-tabung logam bertekanan, sehingga lebih dikenal dengan sebutan Liquefied Petroleum Gas (LPG). Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandung di dalam tabung logam, tabung LPG tidak diisi secara penuh, melainkan hanya terisi sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Tekanan di mana LPG berbentuk cair dinamakan sebagai tekanan uap. Tekana uap dari LPG bergantung pada komposisi dan temperatur. Butana murni membutuhkan tekanan sekitar 2.2 bar (220 kpa) pada temperatur 20 C. Propana murni membutuhkan tekanan sekitar 2 bar (200 kpa) pada suhu sekitar 55 C. Proses pembakaran LPG ini merupakan reaksi antara hidrokarbon (propana dan butana) dengan oksigen. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran sempurna LPG adalah : C 3 H O 2 4 H 2 O + 3 CO 2 + panas 2 C 4 H O 2 10 H 2 O + 8 CO 2 + panas Berikut ini adalah sifat-sifat dari gas LPG : a. Bahan bakar gas alam sangat mudah terbakar, baik dalam fasa gas mupun dalam fasa cair. b. Gas tidak beracun dan tidak berwarna. 20

39 c. LPG sebenarnya tidak memiliki bau, namun sering ditambahakn zat kimia berbau menyengat dengan tujuan dapat terdeteksi dengan cepat apabila terjadi kebocoran. Zat kimia yang berbau menyengat adalah gas merkaptan. d. Cairan LPG dapat menguap jika dilepaskan dari tabung bertekanan Sumber Api Sumber api yang digunakan dalam water heater adalah kompor gas LPG. Saat ini tersedia banyak variasi dan tipe produk dari kompor gas LPG yang dapat menghasilkan bentuk nyala api yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhannya. Jenis kompor gas yang mampu menghasilkan nyala api besar merupakan jenis kompor high pressure dan ada kompor yang menghasilkan nyala api kecil dan tidak terlalu besar disebut dengan kompor low pressure. Pada perancangan water heater kompor yang digunakan sebagai alat percobaan adalah jenis high pressure ini digunakan dengan alasan bahwa kompor jenis ini mampu menghasilkan kalor yang paling besar. Semakin besar kalor yang dihasilkan, maka jumlah perpindahan kalor yang masuk kedalam saluran air pipa tembaga semakin besar dan kenaikan suhu air yang melewati pipa saluran air ini semakin juga besar. (Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure) 3Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure 21

40 Panas yang didapatkan dari luar sistem (kompor) akan mulai memutuskan ikatan kimia di dalam bahan bakar, yang pada umumnya merupakan senyawa organik. Pemutusan awal ikatan kimia di dalam bahan bakar merupakan reaksi yang eksoterm atau menghasilkan energi panas. Energi panas yang dihasilkan dari pemutusan awal tersebut akan digunakan sebagai energi untuk pemanasan ikatan kimia berikutnya di dalam bahan bakar. Api yang menyala ketika panas dihasilkan dari pemutusan ikatan kimia di dalam bahan bakar dapat digunakan seterusnya untuk memutuskan ikatan-ikatan kimia lain di dalam bahan bakar. Sumber panas hanya merupakan inisiator terbenuknya api. Setelah proses penyalaan api, sumber panas tidak lagi dibutuhkan, melainkan api dari reaksi pembakaran akan menghasilkan panas yang dapat digunakan oleh manusia untuk menunjang proses-proses yang akan dilakukan. Bahan bakar pada umumnya berupa senyawa organik. Senyawa organik merupakan senyawa yang mengandung unsur-unsur berupa karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Reaksi oksidasi terhadap senyawa organik pada umumnya merupakan reaksi pemutusan rantai ikatan pada senyawa organik. Pemutusan ikatan pada rantai senyawa organik pada umumnya menghasilkan panas. Pada proses pembakaran, oksigen yang berperan sebagai oksidator akan bergabung, mengikat unsur-unsur C dan H yang putus akibat energi panas dari proses pembakaran. Api akan padam jika salah satu dari ketiga elemen dasar tidak lagi tersedia. Prinsip segitiga api ini banyak 22

41 digunakan sebagai prinsip dasar untuk menyalakan atau memadamkan api. Dibawah ini adalah gambar 2.4 diagram segitiga terjadinya nyala api. Figure 4Gambar 2.4 Diagram segitiga terjadinya nyala api Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran Pembakaran gas LPG dalam sistem water heater gas pasti akan menghasilkan gas sisa pembakaran (CO 2 ), maka dalam konstruksi pemanas air harus dibuat saluran untuk pembuangan gas sisa pembakaran tersebut agar pembakaran dapat berlangsung dengan baik. Dalam perancangan pemanas air gas buang sisa pembakaran dialirkan ke atas tungku melalui penutup bagian atas. Tutup tersebut dapat diatur untuk besaran lubang buang yang digunakan, hal ini bertujuan tuntuk mengatur volume gas yang terbuang keluar dari pemanas air dapat disesuaikan Isolator Isolator adalah benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari suatu tempat ke tempat lainnya. Contohnya adalah kayu, kain, gabus, wol, dan udara. Isolator sangat diperlukan dalam perancangan pemanas air dengan tujuan untuk mencegah keluarnya panas hasil dari pembakaran keluar sistem pemanas air sehingga mengakibatkan kerugian panas (heat loss). Dalam perancangan 23

42 pemanas air menggunakan dua lapisan tabung. Lapisan yang pertama adalah ruang yang digunakan untuk proses pembakaran, dan lapisan kedua adalah lapisan yang diberi isolator. Berbagai jenis isolator dapat dipakai sebagai pertimbangan mengingat menggunakan panas yang tinggi maka isolator harus memiliki sifat mampu untuk menahan panas yang cukup baik dan tanpa resiko terbakar. Berikut ini adalah jenis-jenis isolator : 2Tabel 2.3 Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman, 1993) Bahan Konduktivitas Thermal W/m C Btu/h.ft. F Uap Air 0,0206 0,0119 Udara 0,024 0,0139 Wol Kaca 0,038 0,022 Serbuk gergaji 0,059 0,034 Kayu 0,17 0,096 Batu pasir 1,83 1,058 Dari tabel diatas jenis isolator yang digunakan adalah jenis udara. Dasar pemilihan bahan adalah udara mudah untuk didapat dan memiliki hambatan yang baik sebagai isolator Kecepatan Air Rata-Rata. Perhitungan kecepatan air rata-rata (u m ) yang mengalir di dalam pipa air menggunakan persamaan (2.1) : ṁ (m/s) (2.1) Pada persamaan (2.1) : u m : kecepatan air 24

43 ṁ A : debit air : luas penampang pipa Laju Aliran Massa Air. Perhitungan laju aliran massa air (m air ) yang mengalir melewati saluran air pada pemanas air menggunakan persamaan (2.2) : ṁ air = ρ.a.u m (kg/s)..(2.2) pada persamaan (2.2) ṁ air : laju aliran massa air ρ A u m : massa jenis air : luas penampang pipa : kecepatan air Laju Aliran Kalor yang Diterima Air Laju aliran kalor yang diterima atau diserap oleh air merupakan perkalian antara laju aliran massa, kalor jenis air, dan beda temperatur air sebelum dan sesudah proses pemanasan yang dinyatakan dengan persamaan (2.8) q air = ṁ. c p. (T 2 -T 1 ) (watt)..(2.3) pada persamaan (2.3) q air ṁ c p T 2 T 1 : laju aliran kalor yang diterima air : laju aliran massa : kalor jenis air : suhu air keluar : suhu air masuk 25

44 Laju Aliran Kalor yang Dilepaskan Pembakaran Gas. Perhitungan laju aliran kalor yang dilepaskan pembakaran gas LPG adalah menggunakan persamaan perkalian antara laju aliran massa gas dan kapasitas panas gas dengan hasil dalam satuan watt yang dinyatakan dengan persamaan (2.4) : q gas = ṁ gas. C gas (watt)..(2.4) pada persamaan (2.4) q gas : laju aliran kalor yang dilepaskan gas ṁ gas : laju aliran massa gas C gas : kapasitas panas gas Efisiensi Pembakaran. Efisiensi pembakaran pada pemanas air adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima oleh air dan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas yang dinyatakan dengan persamaan (2.5) : η = q air q gas x 100 %, atau η = ṁ.. ṁ. X 100 %.(2.5) (Sumber : Octo Dinaryanto, Pengaruh Jenis Burner terhadap Konsumsi Bahan Bakar LPG,2010) Diterangkan bahwa ṁ air adalah laju aliran massa (kg/s), ṁ gas adalah laju aliran masa gas (kg/s),c air adalah kalor jenis air (4179 J/kg C ), C gas adalah ( x 4186,6 J/kg),T 2 = suhu air keluar ( C), T 1 =suhu air masuk ( C). 26

45 2.2 Referensi Water heater gas LPG yang ada di pasaran. Penelitian dan pengembangan water heater untuk memenuhi kebutuhan masyarakat semakin berkembang. Water heater yang ditawarkan di pasaran bermacam-macam dengan berbagai bentuk dan kapasitas air yang mengalir. Rata-rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 8 liter / menit dengan konsumsi gas LPG 0,46 kg/ /jam 0,6 kg/jam. Kapasitas seperti ini biasanyaa digunakann dalam skala kebutuhan rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan di rumah sakit dan hotel. Spesifikasi dan produk water heater skala rumah tanggaa disajikan pada Gambar 2.5, Gambar 2.6, Gambar 2.7. Figure 5Gamb bar 2.5 Water heater Gas dengan merek Wasser Spesifikasi : Pemasangan : External/Internal Ukuran (PxLxT) mm : 380x288x141 Kapasitas Air Panas : 5 liter/menitt Temperatur Maksimal : 60 C Konsumsi Gas Ignition Tekanann Gas : 0,46 kg/jam : Baterai Ukuran D : Low Pressure, 28 mbar 27

46 Figure 6Gambar 2.6 Water heater Gas dengan merek Modena Spesifikasi : Pemasangan Ukuran (PxLxT) mm Kapasitas Air Panas : External/Internal : 425x290x127 : 5 liter/menit Temperatur Maksimal : 40 C 60 C Konsumsi Gas Ignition Tekanan Gas : 0,6 kg/jam : Baterai Ukuran D : Low Pressure, 28 mbar Spesifikasi : Pemasangan Figure 7Gambar 2.7 Water heater Gas dengan merek Rinnai : External/Internal Ukuran (PxLxT) mm Kapasitas Air Panas : 369x290x127 : 5 8 liter/menit Temperatur Maksimal : 40 C - 60 C Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam 28

47 Ignition Tekanan Gas : Baterai Ukuran D : Low Pressure, 28 mbar Konstruksi water heater Konstruksi water heater yang sering dijumpai adalah water heater dengan tangki penampungan, water heater dengan tangki penampungan dan turbulator, water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral, dan water heater tanpa tangki penampungan. a. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan Konstuksi water heater dengan tangki penampungan memiliki prinsip dasar proses pemanasan air seperti merebus air. Prinsip kerja ini sangat sederhana yakni mulai dari air suhu ruangan masuk ke dalam sistem dan ditampung melalui pipa masuk water heater kemudian air di dalam tangki dipanaskan dengan kompor gas LPG yang berada di bawah tangki penampungan tersebut. Hasil produk berupa air panas dialirkan keluar melalui pipa keluar air panas. Gambar 2.8 Menyajikan konstruksi water heater dengan tangki penampungan. Figure 8Gambar 2.8 Konstruksi tangki penampungan water heater 29

48 b. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator menggunakan metode seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan bagian baffle atau turbulator yakni perangkat spiral, dengan posisi di atas kompor gas LPG. Perangkat ini berputar dalam saluran gas buang yang berfungsi untuk meratakan aliran kalor. Gambar 2.10 menyajikan konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator : Figure 9Gambar 2.9 Konstruksi tangki penampungan dan turbulator water heater c. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral menggunakan metoda seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan pipa spiral, dengan posisi di atas kompor gas LPG. Pipa spiral berfungsi sebagai saluran 30

49 udara panas dari kompor gas LPG untuk memanaskan air di dalam tangki penampungan, sekaligus berfungsi sebagai saluran gas buang. Gambar 2.11 Konstruksi water heater dengan penampungan dan pipa spiral. Figure 10Gambar 2.10 Konstruksi tangki penampungan dan pipa spiral water heater d. Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan. Konstruksi water heater gas LPG tanpa tangki penampungan menggunakan metode memanaskan air dalam pipa yang dipanaskan dengan ompor gas LPG, seperti diperlihatkan pada Gambar Panas diterima langsung oleh pipa dan sirip kemudian didistribusikan ke dalam air yang melewati pipa, sehingga penyediaan air panas menjadi lebih cepat dibandingkan dengan water heater yang menggunakan metode tangki penampungan. 31

50 PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI Figure 11 G Gambar Konstrukssi tanpa tang gki penamppungan wateer heater Haasil Penelitiian Water Heater Ga as LPG a. Wateer Heater Dengan D Panjjang Pipa 20 0 Meter dann 300 Lubanng Masuk Udara U Padaa Dinding Luar. L Puutra, PH. (20012) telah melakukan m penelitian water w heateer gas LPG yang berjudull Water Heeater Dengaan Panjang Pipa 20 Meeter dan 3000 Lubang Masuk M Udara Pada Dindingg Luar yanng bertujuan n: w heaterr. 1. Meraancang dan membuat water 2. Menndapatkan huubungan anntara debit dengan d suhuu air keluar water heateer. 3. Menndapatkan hubungan h anntara debit air a dengan laju l perpinddahan kalor yang diterrima oleh aiir. 4. Menndapatkan huubungan anntara debit air a dengan efisiensi e watter heater. Penelitiaan tersebut dilakukan d d dengan batasan-batasann sebagai beerikut : 1. Wateer heater yaang dibuat memiliki m dim mensi tingggi 90 cm. 2. Diam meter pada dinding d luarr 25 cm. 3. Diam meter pada dinding d dalaam 20 cm. 32

51 4. Panjang pipa 20 meter. 5. Diameter bahan pipa 3/8 inci. 6. Lubang masuk udara pada dinding luar sejumlah 300 buah 7. Lubang pada dinding dalam sejumlah 1005 buah buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Hasil penelitian ini adalah : 1. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran. 2. Water heater mampu menghasilkan panas dengan temperatur 42,9 C pada debit 10 liter/menit. 3. Hubungan antara debit air yang mengalir (ṁ) dengan temperatur air keluar water heater (T o ), laju perpindahan kalor (Q air), dan efisiensi (ɳ)dapat dinyatakan berturut-turut dengan persamaan T o = -0,027 m 3 +1,126 m 2 16,52 m +129,9 (m dalam liter/menit, T o dalam C), Q air = 17,09 m m m (m dalam liter/menit, Q air dalam watt), dan ɳ = 0,077 m 3 2,208 m ,84 m + 16,50 (m dalam liter/menit, η dalam %). b. Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 8 Meter Diameter 0,5 Inci dan Bersirip. Prasongko,Gregorius Ega Buddhi (2014) melakukan penelitian water heater gas dengan judul Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 8 Meter Diameter 0,5 Inci dan Bersirip yang bertujuan : 1. Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG. 33

52 2. Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG yang meliputi hubungan antara suhu air keluar water heater dan debit yang mengalir dalam water heater dengan variasi pembukaan tutup water heater, besar energi kalor yang diserap oleh air yang mengalir di daam pipa water heater. 3. Menghitung laju aliran kalor yang diberikan gas LPG. dan menghitung efisiensi water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan masalah sebagai berikut : 1. Tinggi water heater adalah 30 cm. 2. Diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang bisa diatur ketinggiannya. 3. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diameter 0,5 inci dengan panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari tembaga dengan diameter 0,5 inci. 4. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvanum diberi lubang saluran udara dengan jumlah lubang udara tabung dalam 156 lubang dengan diameter 0,5 cm, tabung tengah70 lubang dan tabung luar 95 lubang dengan diameter 1,5 cm. 5. Sumber pemanas atau proses pembakaran menggunakan gas LPG dan menggunakan kompor gas bertekanan tinggi (high pressure). 6. Suhu air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air di dalam kamar mandi (sekitar 25 C 27 C). 7. Suhu air panas yang dihasilkan water heater harus lebih dari 40 C dengan debit 6 liter per menit. 34

53 Hasil penelitian ini adalah : 1. Water Heater mampu menghasilkan air panas dengan temperature 43,1 C dengan debit 9 liter /menit pada kondisi water heater tertutup rapat. 2. Karakteristik water heater dinyatakan dengan persamaan yang dijabarkan sebagai berikut: a. Kondisi tertutup rapat T out =94,641. deb 0,337 (liter/menit) -0,337 C dan R 2 = 0,9211. Variasi 10 putaran tutup T out = 91,175. deb 0,337 (liter/menit) - 0,337 C dan R 2 = 0,9375. Variasi 20 putaran tutup T out = 92,793. deb 0,33 (liter/menit) -0,33 C dan R 2 = 0,9243.(dengan deb dalm liter/menit dan T out dalam C). b. Hubungan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan laju aliran kalor yang diterima air dinyatakan dengan persamaan : kondisi tertutup rapat q air = 0,0001 deb 3. (liter/menit) ,0077 deb 2.(liter/menit) -2 0,1189 deb.(liter/menit) ,067 dan R 2 = 0,1184. Variasi 10 putaran q air = 0,0002 deb 3. (liter/menit) ,00173 deb 2.(liter/menit) -2 0,4242 deb.(liter/menit) ,2648 dan R 2 = 0,6317. Variasi 20 putaran q air = 0,0001 deb 3. (liter/menit) ,0059 deb 2.(liter/menit) -2 0,0558 deb.(liter/menit) ,0032 dan R 2 = 0,5648.(dengan deb dalam liter /menit dan q air dalam kw). c. Hubungan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan efisiensi yang dihasilkan water heater dinyatakan dengan persamaan : kondisi tutup rapat ɳ = 0,0003 deb 3.(liter/menit) ,021 deb 2.(liter/menit) -2 0,3254 deb.(liter/menit) ,554 dan R 2 = 35

54 0,1184. Variasi 10 putaran ɳ = 0,0005 deb 3.(liter/menit) ,00474 deb 2.(liter/menit) -2 1,1609 deb.(liter/menit) ,855 dan R 2 = 0,6317. Variasi 20 putaran ɳ = 0,0004 deb 3.(liter/menit) ,0161 deb 2.(liter/menit) -2 0,1526 deb.(liter/menit) ,0032 dan R 2 = 0,5648.(dengan deb dalam liter/menit dan ɳ dalam %). 3. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kw. c. Water Heater dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang Kristianto, Hari. (2013) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang berjudul Water Heater dengan 3 Model Gas Buang yang bertujuan : 1. Merancang dan membuat water heater dan mendapatkan hubungan antara debit air yang megalir dengan suhu air yang keluar water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang. 2. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan kalor yang diterima air. 3. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang. 4. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG untuk berbagai model pembuangan gas buang. 5. Menghitung efisiensi water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : 1. Tinggi water heater adalah 95 cm, diameter water heater 30 cm dengan panjang pipa tembaga 10 meter. 36

55 2. Banyaknya dinding plat water heater 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm dan plat luar mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm. 3. Pipa diberi sirip dengan panjang sirip 5 cm. 4. Sirip dari tembaga dengan tebal 0,2 mm. 5. Pembuangan gas buang menggunakan 3 macam model yakni dengan cerobong dan blower 4 inci, cerobong, dan mempergunakan penutup plat. Hasil penelitian ini adalah : 1. Water heater yang dirancang mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 35,4 C pada debit 7,2 liter/menit untuk water heater model pertama, 34,8 C pada debit 6,6 liter/menit untuk water heater model kedua, 36 C pada debit 6,4 liter/menit untuk water heater model ketiga. 2. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan temperatur air keluar water heater (T o ) dapat dinyatakan dengan persamaan : T out = -0,2215 m 3 + 4,5633 m 2 29,935 m + 96,878 dan R 2 = 0,9807 untuk water heater model 1, T out = -0,6662 m 3 + 9,5524 m 2 46,115 m + 113,83 dan R 2 = 0,9444 untuk water heater model 2, T out = -0,1928 m 3 + 4,2317 m 2 29,218 m + 99,895 dan R 2 = 0,9532 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan T o dalam C). 3. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan : q air = -2,6026 m 3 + 6,9591 m 2 302,15 m ,7 dan R 2 = 0,814 untuk water heater model 1, q air = 25,138 m 3 37

56 321,19 m ,5 m ,2 dan R 2 = 0,3227 untuk water heater model 2, q air = 4,4255 m 3 90,392 m 2 494,55 m ,1 dan R 2 = 0,2333 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan q air dalam watt). 4. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : ɳ = -0,0376 m 3 + 0,1006 m 2 + 4,3666 m + 36,66 dan R 2 = 0,814 untuk water heater model 1, ɳ = 0,3633 m 3-4,6418 m ,35 m + 34,701 dan R 2 = 0,3227 untuk water heater model 2, ɳ = 0,064 m 3 1,3063 m 2 + 7,1472 m + 44,556 dan R 2 = 0,2333 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan ɳ dalam persen) 38

57 3 Tabel DAN PEMBUATAN WATER HEATER PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB III PERANCANGAN PERANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER 3.1 Perancangan Water Heater Perancangan Water Heater yang akan dibuat adalah untuk mengetahui efektifitas perpindahan energi panas hasil pembakaran gas LPG yang diserap oleh aliran air yang melewati saluran pipa spiral dari tembaga di dalam tungku pemanas yang berbentuk persegi dengan sisi-sisi nya tidak berlubang dan hanya ada lubang tungku bawah dan atas. Rancangan sederhana ini menyesuaikan dengan variasi yang akan dilakukan selama percobaan, yakni adalah variasi bukaan tutup atas secara horizontal berturut-turut 2,5 cm, 5 cm, 7,5 cm, 10 cm, dan bukaan penuh. Perancangan ini dibantu dengan menggunakan program gambar yakni Auto CAD dan Solid Work agar waktu yang dihasilkan dalam membuat gambar rancangan dapat lebih cepat, akurat, dan mampu dibaca oleh orang lain secara baik serta dapat digunakan sebagai acuan dalam pembuatan produk Water Heater dengan jelas. Berikut ini adalah daftar komponen yang disajikan pada tabel 3.1 Tabel kebutuhan material, yang diperlukan untuk membuat Water Heater : No. Gambar 3.1 Kebutuhan material Jumlah Nama Komponen Jenis Material Tungku Plat Seng Pipa Kalor Tembaga Pasak Beton Esser - 1 Penutup Atas Tungku Plat Seng (190x450)mm - 2 Selang Air Plastik (3/8"x1 meter) 39

58 Ta Gambar rancangan water heater selengkapny ya disajikan pada bagian lampiran. Berikut inii adalah penjabaran dan gambaran dari komponen komponen yang direncanakan untuk membuat water heater: Tungku Pemanas. Tungku pemanas ini di rancang dengan memberikan sekat antara udara luar dan dalam pembakaran, hal ini bertujuan sebagai isolator perpindahan panas dari bagian dalam tungku dengan sisi luar tungku sehingga panas yang timbul dapat diserap oleh pipa kalor secara maksimal. Tungku ini juga berfungsi sebagai tempat kedudukan penukar kalor yang berupa pipa tembaga berbentuk spiral sebagai konduktor panas dari api hasil dari pembakaran gas LPG yang dilakukan oleh media kompor dengan air yang ada di dalam pipa tembaga. Material yang digunakan dalam perancangan adalah pelat seng ketebalan 0,,5mm dengan alasan karena faktor ekonomis dan ketersediaan material yang mudah didapatkan. Tungku pemanas ini dirancang tidak menggunakan lubang pada dinding-dindingnya hal ini karena alasan penelitian, sedangkan udara akan didapat hanya dari dasar tungku. Dibawah ini adalah gambar 3.1 yang merupakan gambar tungku water heater Figure 12Gambar 3.1 Tungku water heater 40

59 3.1.2 Pipa Saluran Air Pipa saluran air ini dirancang dengan bentuk spiral karena mempertimbangkan luas penampang ruang pembakaran dan kemampuan dalam pembentukan pola. Penggunaan material pada pipa saluran air menggunakan material yang bersifat konduktif. Mempertimbangkan faktor ekonomi dan ketersediaan pada penjualan material maka dipilih menggunakan bahan material tembaga sebagai komponen pipa kalor dengan k= 385 W/m C. Pada pipa saluran air ini ditambahkan sekat pelat tembaga yang berfungsi sebagai sirip guna menambah luas permukaan media penangkap panas dan untuk menaikkan efektifitas penukar kalor. Dibawah ini adalah gambar 3.2 rancangan dan bentuk hasil pembuatan pipa saluran air yang dilengkapi dengan pelat tembaga sebagai sirip pada water heater. Figure 13Gambar 3.2 Rancangan dan pola hasil dari pembuatan penukar kalor Pasak Pasak dirancang secara sederhana dengan bentuk L yang nantinya akan diselipkan didalam tungku sebagai penyangga dari penukar kalor yang berada di dalam tungku. Dalam rancangan akan dibuat sebanyak 2 buah dengan material 41

60 besi behel atau beton esser yang mudah dijumpai dalam pasaran material. Berikut dibawah ini adalah gambar 3.3 gambar pasak yang digunakan dalam water heater. Figure 14Gambar 3.3 Pasak penyangga penukar kalor Plat Penutup Penutup atas pada water heater menggunakan material seng dengan ketebalan 0,5 mm dan dimensi panjang 450 mm dan lebar 190 mm. Penutup ini akan digunakan sebagai variabel pada penelitian ini, yakni dengan melakukan pergeseran sejauh variabel yang ditentukan Selang Air Selang air pada water heater menggunakan material yang ada dalam pasaran pada umumnya dengan ukuran 3/8 sepanjang 1 meter sebanyak 2 buah. Selang air ini akan digunakan untuk mengalirkan air masuk kedalam pipa tembaga yang dipanasi dan mengalirkan air panas hasil pemanasan keluar sistem water heater. 3.2 Pembuatan Water Heater Pembuatan alat percobaan water heater ini dibantu oleh seorang pengrajin pelat yang ada di kota Surakarta, ini dimaksudkan agar waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan alat dapat cepat selesai. Hal-hal yang perlu untuk disiapkan dalam pembuatan water heater ini adalah : 42

61 3.2.1 Bahan Water Heater Bahan dalam pembuatan water heater secara garis besar terdiri dari pipa tembaga sebagai saluran air dengan diameter 3/8 inchi, pelat tembaga dengan ketebalan 0,5 mm sebagai sirip dan seng sebagai body water heater. Hal lain secara detail disajikan dalam lampiran gambar detail Sarana dan Peralatan Yang Digunakan Berikut ini adalah sarana dan peralatan yang digunakan dalam pembuatan water heater adalah : a. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng. b. Palu, digunakam saat menguatkan lipatan seng. c. Gunting pelat, digunakan untuk memotong seng. d. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa tembaga. e. Penggaris, digunakan untuk membuat garis pada bagian tertentu. f. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa. g. Alat pemotong pipa, digunakan untuk memotong pipa tembaga Langkah-langkah Pengerjaan. Langkah-langkah pekerjaan yang dilakukan dalam pembuatan water heater adalah dijabarkan sebagai berikut ini : a. Persiapan Pembuatan Water Heater Persiapan pembuatan water heater dijabarkan sebagai berikut ini : 1. Merancang water heater 43

62 Dalam merancang water heater dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak (software). Perangkat lunak CAD dan Solid Work adalah yang dipilih dalam melakukan rancangan ini. Hasil dari rancangan tersebut ditampilkan dalam bentuk gambar rakitan dan bagian, hasil dari perancangan ini ditunjukan dalam lampiran pada karya tugas akhir ini. 2. Menentukan alat dan bahan Rancangan dan tabel kebutuhan material yang terdapat dalam gambar rakitan adalah panduan dalam menentukan alat dan bahan yang digunakan untuk membuat water heater. 3. Membuat daftar komponen Pembuatan daftar komponen water heater dilakukan agar dapat menentukan prioritas dan urutan pekerjaan dalam pembuatan water heater. Hal ini dilakukan agar pekerjaan dapat berjalan secara sistematis dan teliti sehingga resiko komponen yang tertinggal dalam perakitan dapat dicegah. b. Proses Pembuatan Water Heater Langkah-langkah pembuatan water heater adalah dijabarkan sebagai berikut ini : 1. Membuat saluran air tipe spiral dan sirip. Membuat saluran air tipe spiral adalah dengan cara melengkungkan pipa tembaga dengan bantuan mesin roll atau dibengkokkan secara manual dengan alat pembengkok. Dalam pembuatan saluran air ini dipilih dengan cara manual, karena cara tersebut lebih praktis mengingat jenis pipa tembaga yang digunakan hanya berdiameter 3/8 inchi atau setara 9,5 cm. Dalam cara manual ini hanya 44

63 dibutuhkan dua jenis pipa PVC berdiameter 25 cm dan 15 cm. Setelah tersedia alat bantu tersebut maka pembuatan pipa saluran air pun dimulai dengan melilitkan pipa tembaga pada pipa PVC berdiameter 15 cm sepanjang 7 meter dan pada pipa PVC berdiameter 25 cm sepanjang 8 meter dengan berbalik arah. Untuk langkah akhir pembuatan saluran air tinggal mengatur jarak kerenggangan saluran air tersebut sehingga memiliki jarak yang sama. Sirip ditambahkan dalam pipa saluran air yang telah jadi dengan memotong plat tembaga lalu melilitkan hasil potongan tersebut pada saluran air secara merata. 2. Membuat tungku water heater. Pembuatan tungku water heater dilakukan dengan cara antara lain : menggaris, memotong, melubangi, dan membuat tekukan plat sehingga menghasilkan body luar dan body dalam serta kaki water heater yang menjadi tempat pembakaran berlangsung (kompor gas) dalam satu kesatuan. Pada bagian kaki dibuat lubang yang fungsinya adalah untuk masuknya pasak penyangga saluran air ketika proses pembakaran berlangsung. Berikut dibawah ini adalah Gambar 3.4 Tungku water heater yang telah selesai buat dan siap untuk digunakan untuk percobaan : Figure 15Gambar 3.4 Tungku water heater. 45

64 3. Membuat penutup tungku bagian atas. Penutup atas tungku terbuat dari seng dengan ukuran 190 x 450 mm. dibuat sederhana sehingga dalam pembuatannya cukup dengan cara menandai dan memotong plat seng tersebut sesuai dengan ukuran yang diminta. c. Hasil Pekerjaan Komponen komponen yang telah dibuat kemudian dirakit sesuai dengan petunjuk dalam gambar rakitan (terlampir). Hasil rakitan ditunjukkan dalam Gambar 3.5 Hasil rakitan water heater dibawah ini yang diambil ketika melakukan percobaan. Figure 16Gambar 3.5 Hasil rakitan water heater 46

65 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Objek Penelitian Objek yang diteliti pada pengujian water heater disajikan pada Gambar Gambar 4.1 Obyek penelitian 4.2 Skema Pengujian Skema instalasi peralatan pada waktu pengujian water heater berlangsung disajikan pada Gambar 4.1. Figure 18Gambar 4.2 Skema pengujian water heater 47

66 Pada proses percobaan ini air mengalir melalui kran air menuju water heater dengan debit yang diatur, yakni dengan cara menyetel besarnya bukaan aliran pada kran. Nyala api dari kompor yang berbahan bakar LPG dijadikan sebagai energi pemanas air yang masuk ke dalam water heater. Untuk melakukan pengukuran suhu air masuk dan keluar menggunakan termokopel digital. 4.3 Variasi Penelitian Variasi dilakukan pada besar kecilnya debit air yang mengalir ke dalam water heater dan variasi pembukaan tutup gas buang, dengan debit gas pembakaran konstan. Pengujian dilakukan dalam satu model water heater dengan pembukaan penutup gas buang digeser sebesar 2,5 cm, 7,5 cm, 10 cm, 15 cm dan tanpa penutup. Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7, memperlihatkan kondisi dengan berbagai pembukaan penutup gas buang. Proses pengambilan data percobaan, dimulai dari pembukaan penutup sebesar 2,5 cm sampai dengan tanpa penutup (Gambar ) : Gambar19.Gambar 4.3 Pembukaan penutup 2,5 cm Figure 20Gambar 4.4 Pembukaan penutup 10 cm 48

67 Figure Figure 21Gambar 4.5 Pembukaan penutup 17 cm 22Gambar 4.6 Pembukaan penutup 24 cm Figure 23Gambar 4.7 Tanpa plat penutup Figure 24Gambar 4.8 Proses pengambilan data percobaan water heater 49 2