PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER, DIAMETER 0,5 INCI DAN BERSIRIP SKRIPSI Untukmemenuhisalahsatusyarat mencapaiderajatsarjana S-1Teknik Mesin Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Disusunoleh : CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014

2 CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH 10 METERS LONG PIPE, 0,5 INCHPIPE DIAMETERAND FINNED FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik degreein Mechanical Engineering By CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATADHARMAUNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii

3 Disusun oleh : CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO NIM : Yogyakarta, 24 Januari 2014 Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi ( Ir. PK. Purwadi, MT ) KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER, DIAMETER PIPA 0,5 INCI DAN BERSIRIP Dipersiapkan dan Disusun oleh : iii

4 iv

5 PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis tidak memuat karya atau bagian karya orang lain yang telah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak ada karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya penulisan karya ilmiah. Yogyakarta, 16 Januari 2014 Chornelius Hardian Putranto v

6 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIK Dharma : Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Nama : Chornelius Hardian Putranto Nomor Mahasiswa : Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inci dan Bersirip Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam pengkalan data, mendistribusikannya secara terbatas, dan menpublikasikannya di internet atau media lain untuk kepantingan akademis tanpa meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 16 Januari 2014 Yang menyatakan, Chornelius Hardian Putranto vi

7 ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah (a) membuat model water heater menggunakan sirip (b) mengetahui karakteristik water heater (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG (f) menghitung efisiensi water heater. Penelitian di laboratorium Teknik Mesin USD, batasan - batasan dalam pembuatan water heater ini (a) tinggi water heater : 30 cm, diameter : 30 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m (b) banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam dan luar mempunyai banyak lubang 35 dengan diameter : 0,5 inci (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inci (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : Variasi dilakukan terhadap panjang pipa tembaga, besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan tutup water heater yang di atur ketinggiannya. Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 10,2 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 40,8 C (b) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kj 11,701 kj pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ 14,535 kj dan pada kondisi penutup terbuka 20 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kj 14,794 kj. Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kj pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. (c) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kw. (d) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 0,044 kg/menit. (e) Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %. Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, effisiensi vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan kasih dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa Tembaga 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inci dan Bersirip. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan Skripsi ini penulis mendapat banyak hambatan dan rintangan, akan tetapi berkat bantuan, dukungan, doa, dan motivasi dari berbagai pihak Skripsi ini terwujud. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma; 2. Ir. PK Purwadi, MT., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 3. Dr. Asan Damanik, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Segenap Dosen dan Karyawan FST Universitas Sanata Dharma, yang telah membimbing, membantu, serta memberikan ilmunya selama belajar di Universitas Sanata Dharma. 5. Ignatius Heru Supanto dan Veronica Mujidah, selaku orang tua, terima kasih untuk semua doa, perhatian, teladan dan kasih sayang hingga saat ini. 6. Martinus Herka Supantoro, selaku kakak dan adikku tercinta Andreas Krisna Himawan terimakasih untuk doa, cinta dan kasih sayangnya. viii

9 7. Sadriyah Pratiwi, selaku kekasih yang selalu memberikan semangat, motivasi, terimakasih untuk cinta, kasih sayang, dukungan, dan doa selama ini. 8. Ni Luh Made Utari Praharsini, Roby Dharma Panjilie, Gregorius Ega Buddhy Sasongko, Suparno dan Thomas Dwi Santoso terima kasih untuk segala bantuan dan dukungannya. 9. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2010 yang telah banyak membantu penulis selama penulis menyelesaikan Skripsi ini. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penyusunan skripsi ini sehingga dapat menyelesaikan penulisan Skripsi dengan baik. Penulis berharap semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan dapat digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya. Yogyakarta, 16 Januari 2014 Penulis Chornelius Hardian Putranto ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i TITLE PAGE... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA... vi ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Manfaat... 4 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Dasar Teori Pengertian Perpindahan Kalor Cara-cara Perpindahan kalor Perancangan Saluran Air Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran Sirip Isolator x

11 Bahan Bakar / Sumber Energi Kebutuhan Udara Saluran Gas Buang Sumber Api Laju Aliran Kalor Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas Effisiensi Water Heater Tinjauan Pustaka Macam Macam Water Heater Yang Ada Diasaran Konstruksi Water Heater Yang Ada Dipasaran Hasil Penelitian Lain BAB III PEMBUATAN ALAT Persiapan Pembuatan Water Heater Bahan Water Heater Sarana dan alat alat yang digunakan Langkah langkah Pengerjaan Pengerjaan Water Heater Hasil Pembuatan Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater BAB IV METODOLOGI PENELITIAN Benda Uji Diskripsi Alat Water Heater Cara Kerja Water Heater Skematis Pengujian xi

12 4.3. Variasi Penelitian Alat Bantu Penelitian Alur Penelitian Cara Mendapatkan Data Cara Mengolah Data Cara Mendapatkan Kesimpulan BAB V HASIL PENELITIAN Hasil Penelitian Perhitungan Perhitungan Kecepatan air rata rata ( u m ) Perhitungan laju aliran massa air ( m air ) Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas Effisiensi Water Heater Pembahasan BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Moody... 9 Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat (sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) Gambar 2.4 Kompor yang digunakan pada water heater Gambar 2.5 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air Gambar 2.6 Water Heater Modena GI Gambar 2.7 Water Heater JLG30-BV Gambar 2.8 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api Gambar 2.9 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk persegi Gambar 2.10 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk lingkaran.. 26 Gambar 3.1 Pipa Tembaga Gambar 3.2 Plat Strip Gambar 3.3 Plat Galvalum xiii

14 Gambar 3.4 Besi Nako Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga Gambar 3.6 Proses Pembengkokan Pipa Tembaga Gambar 3.7 Pipa Tembaga yang telah dibengkokkan Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk Gambar 3.10 Water Heater Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga Gambar 4.3 Tabung Water Heater Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater Gambar 4.6 Timbangan Digital Gambar 4.7 Gas LPG 15 kg Gambar 4.8 Termokopel Digital Gambar 4.9 Gelas Ukur Gambar 5.1 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Tertutup Rapat xiv

15 Gambar 5.2 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran Gambar 5.3 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran Gambar 5.4 Perbandingan Hubungan Antara Debit Air dan Suhu Keluar Water Heater Dalam Tiga Variasi Gambar 5.5 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat Gambar 5.6 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran Gambar 5.7 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi Penutup Terbuka 20 Putaran Gambar 5.8 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat Gambar 5.9 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran Gambar 5.10 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Penutup Terbuka 20 Putaran... xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain (Sumber: google.co.id) Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal Tabel 5.1 Hasil pengujian water heater pada kondisi tutup tertutup rapat Tabel 5.2 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 10x putaran Tabel 5.3 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 20x putaran Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup tertutup rapat Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 10x putaran.. 57 Tabel 5.6 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 20x putaran.. 58 xvi

17 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Gaya hidup manusia terus mengalami perubahan sesuai dengan tuntutan kesibukan yang semakin tinggi. Tugas tugas dikantor yang semakin menumpuk selalu memaksa agar segera menyelesaikannya. Karena kesibukan inilah seringkali seseorang menjadi terlambat untuk membersihkan tubuh atau mandi. Namun sayangnya, mandi pada waktu yang kelewat malam dengan air dingin sangatlah tidak baik bagi kesehatan. Selain dinginnya air terkadang membuat tidak nyaman dikulit, mandi dimalam hari bisa memicu masuk angin sampai sakit persendian. Sebaliknya, mandi menggunakan air hangat akan membuat kulit terasa nyaman sehingga tubuh menjadi rileks. Bahkan mandi menggunakan air hangat bisa mengurangi kejang otot karena lelah seusai bekerja. Dengan semakin banyaknya kebutuhan akan air hangat untuk keperluan mandi dan untuk keperluan lainnya maka, telah banyak penelitian dan pembuatan pemanas air modern. Ada tiga macam jenis water heater yang tersedia saat ini antara lain water heater yang menggunakan tenaga listrik, water heater tenaga gas, dan water heater tenaga sinar matahari atau lebih dikenal dengan sebutan solar cell water heater. Water heater dengan tenaga sinar matahari sering di manfaatkan di negara negara tropis karena sumber tenaga matahari yang berlimpah dan gratis dari sinar panas matahari yang bersinar. Namun ada 1

18 2 beberapa kekurangan yaitu pemasangannya yang rumit dan kemampuannya hanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga sangat terbatas penggunannya. Bila terjadi cuaca yang mendung atau kalau di gunakan pada malam hari, water heater ini tidak dapat di gunakan. Selain itu water heater dengan tenaga sinar matahari ini lebih mahal di bandingkan dengan water heater tenaga lainnya dan untuk water heater tenaga listrik, water heater ini sangat mudah ditemukan di toko toko elektronik. Penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan dengan water heater tenaga matahari, tetapi juga memiliki beberapa kekurangan yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater ini tidak bisa di gunakan, selain itu daya listrik yang digunakan cenderung besar dan apabila terjadi kerusakan akan sulit di perbaiki, sehingga perlu menambah biaya yang cukup besar. Oleh sebab itu, dilihat dari sisi biaya, water heater tenaga listrik jauh lebih mahal bila dibandingkan dengan water heater tenaga gas. Water heater tenaga gas LPG, jenis ini menggunakan bahan bakar gas untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan jenis water heater lainnya karena prinsip kerjanya hampir sama dengan memasak air yang menggunakan kompor gas di rumah. Keuntungan lain adalah air panas yang di gunakan tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dialirkan. Air cepat panas, dapat dipergunakan di manapun dan kapanpun, harga untuk water heater gas LPG juga lebih murah dibandingkan dengan water heater listrik dan tenaga matahari. Oleh karena itu penelitian ini di lakukan untuk meningkatkan efisiensi dalam memanaskan air menggunakan tenaga gas. Ide dasar penggunaan water

19 3 heater tenaga gas ini adalah sebagai energi alternatif pengganti tenaga listrik dan sinar matahari. Air panas dapat di sediakan dengan cara yang mudah, cepat, dan efisien melalui alat atau sistem pemanas air sederhana. Pembuatan water heater ini juga sangat mudah dan meskipun sederhana tetapi water heater ini mampu memanaskan air dan mengalirkan debit aliran air panas yang tinggi dan stabil yaitu mampu mencapai 6 liter per menit dengan suhu yang bisa disesuaikan antara 40-50º celcius. Keunggulan lain dari water heater ini adalah cepat dalam memanaskan air di karenakan di dalam water heater ini terdapat sirip yang mampu mempercepat panas air, dan didesain mempunyai lubang udara yang berada pada dinding tabung dalam dan tabung luar sehingga aliran udara pada water heater lebih merata. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tentang water heater bertenaga gas LPG ini adalah : a. Membuat model ( prototipe ) pemanas air sederhana yang bertenaga gas LPG b. Mengetahui karakteristik water heater gas LPG 1. Mengetahui hubungan debit aliran air dengan temperatur air keluar water heater. 2. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater. 3. Menghitung kalor yang di terima air dari gas LPG. 4. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG. 5. Menghitung efisiensi dari water heater.

20 4 1.3 Batasan Masalah adalah : Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian ini a. Menggunakan pipa tembaga dengan panjang 10 meter, berdiameter 0,5 inci. Tinggi water heater 30cm, diameter water heater 30cm, dengan tutup water heater yang mampu diatur ketinggiannya dan bersirip. b. Water heater bertenagakan gas LPG dan menggunakan kompor bertekanan tinggi ( high pressure ). c. Menggunakan dua lapisan plat sebagai dinding water heater, jumlah lubang udara 35 dan diatasnya di beri tutup yang mampu di naik / turunkan. d. Suhu panas air yang di hasilkan water heater lebih dari Celcius dengan debit air minimal 6 liter per menit. e. Kondisi air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air kamar mandi. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian yang diambil tentang pembuatan water heater tenaga gas LPG ini adalah: a. Membuat prototipe water heater tenaga gas LPG dengan konstruksi sederhana, murah dan mudah dalam mengoprasikannya sehingga di terima oleh seluruh lapisan masyarakat. b. Menambah kepustakaan dan ilmu pengetahuan tentang water heater terutama tentang water heater tenaga gas. c. Dapat di pergunakan oleh masyarakat kalangan luas.

21 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Pengertian Perpindahan Kalor Perpindahan kalor dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Kalor berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Perpindahan kalor adalah suatu proses yang dinamis, yaitu kalor dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan perpindahan kalor ini bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan berpindahnya kalor Perpindahan Kalor Kalor dapat berpindah dari suatu tempat / benda ke tempat lain melalui tiga cara, yaitu secara konduksi, secara konveksi, dan secara radiasi. a. Perpindahan kalor konduksi Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan permukaan benda. Konduksi terjadi hanya bila dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan permukaan yang berbeda suhunya. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi kalor yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas benda, semakin cepat mengalirkan kalor yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. Contoh perpindahan kalor secara konduksi adalah menaruh batang besi 5

22 6 membara ke batang besi lain yang dingin. Kalor dari besi yang membara berpindah ke besi yang dingin sehingga besi yang semula dingin akan menjadi panas. Pemanfaatan perpindahan panas konduksi dalam kehidupan sehari hari bisa ditemukan, misalnya pada water heater. Proses perpindahan panas konduksi terjadi pada aliran kalor dari permukaan luar pipa tembaga mengalir ke dalam permukaan dalam pipa tembaga, dan dari permukaan tabung dalam ke permukaan luar dari tabung luar. b. Perpindahan kalor Konveksi Perpindahan kalor konveksi merupakan perpindahan panas ( kalor ) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Perpindahan kalor secara konveksi bisa terjadi pada zat cair dan gas. Contoh perpindahan kalor konveksi pada zat cair dapat ditemukan dalam kehidupan sehari hari dan dapat dilihat pada proses pemasakan air, saat air dimasak maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu panas, saat air dibawah panas maka akan bergerak ke atas ( dikarenakan terjadi perubahan massa jenis air ) sedangkan air di atas akan bergerak ke bawah begitu seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi melalui udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami perubahan massa jenis akibat pengaruh kalor. Karena massa jenisnya kecil, udara yang bersuhu tinggi tersebut akan naik. sebaliknya udara yang bersuhu lebih rendah akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun. Contoh perpindahan kalor konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap. Proses perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi pada

23 7 water heater terjadi pada saat kalor dipindahkan dari permukaan dalam pipa ke air yang sedang mengalir. c. Perpindahan Kalor Radiasi Merupakan perpindahan kalor yang dapat terjadi tanpa menggunakan zat perantara, jika sebuah benda di dalam sebuah ruangan, dan suhu dinding dinding pengurung lebih rendah daripada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun sekalipun dalam ruangan tersebut hampa. Proses perpindahan panas dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya, tanpa bantuan dari zat perantara disebut dengan perpindahan kalor radiasi. Contoh lain adalah matahari yang memancarkan panas (kalor) ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh yang berada disekitarnya. Kalor di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat. Proses perpindahan panas secara radiasi yang terjadi di dalam water heater terjadi pada permukaan luar tabung water heater dengan udara sekitarnya, atau dari api ke permukaan luar dari pipa aliran air Perancangan Pipa Saluran Air Ada beberapa pertimbangan dalam menentukan perancangan pipa saluran air diantaranya adalah hambatan pipa, kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa saluran air.

24 8 a. Hambatan pipa saluran air Hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin supaya ketika air mengalir didalam pipa, penurunan tekanan yang terjadi kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalaupun mungkin terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan di buat besar ( lebih dari 90 º). Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Dan pembelokan saluran pipa yang dibuat melingkar lingkar akan menghasilkan penurunan tekanan yang kecil. Jika penurunanya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk mendorong air juga berdaya kecil. b. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi lancar. Untuk menganalisa hubungan bilangan Reynold terhadap kerugian kerugian yang ditimbulkan akibat gesekan aliran fluida didalam pipa digunakan rumus sebagai berikut :

25 9 Gambar 2.1 Diagram Moody c. Bahan Pipa Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan kalor. Bahan pipa diusahakan mampu mengalirkan energi kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga mampu menahan kebocoran karena memiliki tekstur yang kuat dan tidak mudah pecah, kemudian mampu menahan karat karena tembaga merupakan bahan anti karat sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / cokelat karena

26 10 karat. Pipa tembaga juga tahan lama dan mampu bertahan sampai lebih dari 50 tahun, dan pipa tembaga sangat mudah di tekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan tarik sebesar Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5-50%, dan titik lebur dari tembaga adalah 1080º Celcius. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium, begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu bertahan lebih lama bila dibandingkan denganpipa alumunium. Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain. (Sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor) Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor) Bahan Nilai konduktivitas termal J/m.s.ºC Kkal/m.s.ºC 1 Baja x 10-4

27 11 2 Perak x Tembaga x Alumunium x Gabus 0,042 0,1 x 10-4 d. Diameter Pipa Saluran Air Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran Proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari udara bebas. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan. Akibatnya energi dalam bentuk kalor kurang optimal, sehingga kalor / panas sedikit teralirkan ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan didapatkan suhu air keluar yang kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan kurang baik. Untuk merancang sistem saluran udara yang baik di usahakan diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua permukaan dinding water heater agar udara bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter lubang saluran udara tidak terlalu besar agar udara yang masuk tidak terlalu berlebihan.

28 Sirip Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang dipasangi sirip sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip dipasang di saluran air yang akan di panaskan, maka akan menangkap panas api yang di berikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan lebih cepat maka dari itu pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu keluar air dari water heater. Dalam water heater penggunaan sirip digunakan untuk membantu mempercepat terjadinya kenaikan suhu dipermukaan pipa - pipa penyalur air, karena sirip water heater terbuat dari tembaga yang memiliki sifat konduksi yang baik. Pemilihan bahan pembuatan sirip tidaklah sembarangan karena berpengaruh terhadap panas yang dihantarkan. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

29 13 L.3/2 (h/k A)1/2 Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

30 14 Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor) Isolator Isolasi termal adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi perpindahan kalor. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan kalor itu disebut isolator. Energi panas (kalor) dapat ditransfer secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut. Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut adalah udara, karena udara merupakan isolator yang murah, dan sangat mudah

31 15 didapatkan maka dari itu water heater diberikan lubang lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran sekaligus sebagai isolator. Benda benda yang merupakan isolator panas adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll Bahan Bakar / Sumber Energi Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP (Liquified Petroleum Gas ). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki komposisi campuran antara propana C dan butana 3 H 8 C 4 H 10 Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana C dan etana 5 H 12 (C 2 H 6 ) yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 6,2 kg 2 cm. Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan. Reaksi pembakaran propana C H 3 8, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

32 16 C H O 2 3CO H 2 O + panas propana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Dan untuk Reaksi pembakaran butana C H 4 10, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : 2 C H O 2 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 Tabel 2.3 di bawah ini menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %. Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya. (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-didapur-anda.pdf) Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak Kayu bakar kkal/kg 15 % Arang kkal/kg 15 % Minyak Tanah kkal/kg 40 % Gas Kota 4500 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kwh 60 % L P G kkal/kg 60 %

33 Kebutuhan Udara Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada proses pemanasan pada water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari udara bebas disekitar melalui lubang lubang udara yang berada pada dinding water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang diserap oleh pipa. Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/ /16641/4/chapter %20I.pdf) No Komposisi Udara Prosentase (%) 1 Nitrogen 78,1 2 Oksigen 20,93 3 Karbon dioksida 0,03 4 Gas lain 0,94

34 Saluran Gas Buang Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa, sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar dari water heater. Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

35 Sumber Api Sumber api atau sumber energi yang digunakan pada water heater ini adalah kompor. Ada berbagai macam jenis kompor yang tersedia dipasaran, dari mulai bentuk, dan bahan bakar yang digunakan. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Perbedaan nyala api tersebut salah satunya disebabkan oleh bahan bakar yang digunakan oleh setiap kompor berbeda beda. Sumber api atau kompor yang digunakan untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi ( high pressure ) yang menggunakan bahan bakar LPG. Karena api yang ditimbulkan oleh kompor bertekanan tinggi ini mampu menyentuh pipa saluran air dengan siripnya, dan api yang dihasilkan kompor jenis ini sangat besar sehingga mempercepat proses pemanansan air. Gambar 2.4 Kompor yang digunakan pada water heater

36 20 Spesifikasi kompor sebagai berikut : Dimensi Daya pemanasan Bahan : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi) : 21.8 kw/h High Pressure : Besi Tuang Laju Aliran Kalor Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan ( 2.1 ) : m m =...( 2.1 ) 2. A. r Laju aliran massa air dapat dihitung dengan persamaan dengan m = laju aliran massa (kg/s) ρ = massa jenis air (kg/m 3 ) u m = kecepatan aliran (m/s) r d = jari jari pipa (m) = diameter pipa air (m) Gambar 2.5 laju aliran kalor yang terjadi dalam pipa saluran air q air m air c air T i T o,...(2.2)

37 21 ṁ air = ρ (πr 2 )(U m )...(2.3) Pada persamaan (2.2) dan (2.3): q air : laju aliran kalor yang diterima air, watt ṁ air : laju aliran massa, kg/detik c air : kalor jenis air, J/kg o C. T i : suhu air masuk water heater, o C T o : suhu air keluar water heater, o C. u m : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s r : massa jenis air yang mengalir, kg/ m : jari - jari dalam saluran, m Laju aliran kalor yang diberikan gas Laju aliran kalor yang diberikan gas bisa dihitung dengan persamaan (2.4) : m..... (2.4) q gas = C gas gas Pada persamaan (2.4) : m gas : massa gas LPG yang terpakai persatuan waktu (kg/s) C gas : Kapasitas Panas ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel Efisiensi Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) : qair x100% (2.5) q gas

38 22 Pada Persamaan (2.5) : : 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 Macam Macam Water Heater Yang Ada Dipasaran Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut : a. Gambar water heater Modena GI-6 Gambar 2.6 Water heater GI-6 Nama Produk Negara Pembuat : Modena : Italia

39 23 Spesifikasi Model Warna Kapasitas maksimum Dimensi Luar Tipe Gas : GI-6 : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) : 6 L/menit : 740 mm x 430 mm x 248 mm : NG LPG Temperatur maksimum : 65 C Tekanan gas : low pressure 0,28 mbar b. Water heaterjlg30-bv Gambar 2.7 Water heater JLG30-BV6 Negara Pembuat Nama Produk : China : Smales Spesifikasi Model Kapasitas maksimum : JLG30-BV6 : 6 L/menit

40 24 Berat Dimensi Luar Tipe Gas : 39 kg : 760 mm x 430 mm x 320 mm : NG LPG Jangkauan Temperatur : 40 C - 80 C Tekanan gas Konsumsi gas : low pressure, 30 mbar 0,7 kg/jam Konstruksi Water Heater gas LPG Yang Dipasaran Berikut ini disajikan rancangan water heater gas LPG yang ada dipasaran indonesia : Model Water Heater 1 Gambar 2.8 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api ( tipe 1 )

41 25 Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.8. Tipe ini memiliki model lilitan pipa saluran air yang melekat pada sebuah tabung. Saluran pipa air tidak terkena langsung panas api dari proses pembakaran, melainkan tabung bagian dalamlah yang dipanasi oleh api. Bagian luar dari tabung terdapat lilitan pipa saluran air. Jika tabung mengalami peningkatan suhu maka pipa saluran air dari water heater itu juga akan mengalami peningkatan suhu. Suhu air yang mengalir dalam pipa pun meningkat dan menjadi air panas.. Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat terus mengalir secara kontinyu. Model Water Heater 2 Gambar 2.9 Skema perancangan water heater tipe 2

42 26 Pada konstruksi water heater tipe 2 ini, ketika water heater di hidupkan untuk memanaskan air katup bahan bakar akan terbuka untuk menyalakan kompor / burner. Air dingin akan masuk ke dalam pipa tembaga dan akan dipanaskan oleh kompor / burner yang berada di dalam water heater sehingga air yang keluar dari water heater akan menjadi panas. Efektifitas water heater ini berkisar antara 75 90%. Kekurangan dari konstruksi water heater ini adalah penurunan tekanan aliran air akan lebih rendah ketika lebih dari satu sumber air panas yang digunakan. Model Water Heater 3 Gambar 2.10 Skema perancangan water heater tipe 3 dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api dan pipa berbentuk lingkaran Pada Gambar rancangan water heater gas LPG tipe 3 terlihat model dari water heater ini berbentuk silinder atau tabung dan tidak memiliki saluran pipa air

43 27 yang melingkar. Pada rancangan water heater gas tipe 3 ini, water heater hanya mempunyai 2 pipa saluran air masuk dan keluar yang terletak di atasnya. Cara kerja water heater tipe 3 ini adalah air panas masuk kedalam water heater hingga mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam water heater, api di bawahnya memanasi penampung air tersebut hingga suhu air meningkat dan air menjadi panas. Api yang digunakan dalam proses tersebut adalah hasil pembakaran gas LPG. Model rancangan water heater tipe 3 ini memiliki kekurangan. Kurangannya adalah debit dan suhu air panas yang dihasilkan tidak bisa tetap atau kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG Putra, P.H (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) Membuat water heater, (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Batasan-batasan penelitian sebagai berikut : (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water

44 28 heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 C pada debit 10 liter/menit. (b) hasil terbaik hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor adalah 17627,02 watt. (c) Hasil terbaik dari hubungan antara debit air yang mengalir dengan effisiensi water heater adalah 79,604 % Adi Romulus, F.S (2013) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang berjudul Water Heater Bersirip yang bertujuan : (a) Membuat water heater, (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 45 C pada debit 13,7 liter/menit. (b) hasil terbaik hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor adalah 21,414 kw. (c) Hasil terbaik dari hubungan antara debit air yang mengalir dengan effisiensi water heater adalah 42,98 %

45 BAB III PEMBUATAN ALAT 3.1 Persiapan Proses pertama dalam membuat water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter pipa 0,5 inci dan bersirip ini adalah membuat gambar desain water heater dengan menggunakan dua tabung yaitu tabung dalam dan tabung luar dan memberi lubang udara pada tiap tiap dinding permukaan tabung. Proses selanjutnya adalah persiapan alat dan bahan, kemudian pengukuran terhadap desain water heater, meliputi rangka dalam, rangka luar water heater, diameter tabung dalam dan tabung luar mengikuti diameter kompor yang digunakan dan mengukur diameter tutup water heater. 3.2 Pembuatan Water Heater Bahan Water Heater Bahan bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip adalah : 1. Pipa tembaga dengan panjang 10 meter dan berdiameter 0,5 inci 2. Plat Galvalum 3. Besi strip 4. Nako besi ukuran 10mmx10mm 5. Baut dan Mur 6. Kawat sebagai pengikat sirip 7. Kaleng 29

46 30 Gambar 3.1 Pipa Tembaga Gambar 3.2 Plat Strip

47 31 Gambar 3.3 Plat Galvalum Gambar 3.4 Besi Nako Sarana dan alat-alat yang digunakan Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah: 1. Alat pemotong pipa, yang digunakan untuk memotong pipa tembaga. 2. Alat penekuk / pembengkok pipa digunakan untuk menekuk pipa agar berbentuk spiral.

48 32 3. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada pada dinding water heater. 4. Gerindra yang berfungsi untuk memotong dan menghaluskan permukaan pipa atau bagian water heater yang dilas. 5. Gergaji yang digunakan untuk memotong besi nako dan besi strip. 6. Gunting yang digunakan untuk memotong plat galvanum. 7. Paku keling yang digunakan untuk menyambung antara besi strip dan plat galvanum. 8. Las listrik yang digunakan untuk mengelas / menyambung besi strip dan besi nako. 9. Tang yang digunakan untuk menjepit pipa tembaga ataupun bahan yang lainnya. 10. Jangka sorong untuk membuat lingkaran ada plat galvanum sebelum dipotong untuk membuat tutup water heater. 11. Obeng +/- yang digunakan untuk mengenangkan baut. 12. Palu yang digunakan untuk merapikan bentuk plat galvanum maupun plat strip dan besi nako Langkah langkah Pengerjaan Persiapan Sebelum memulai pembuatan water heater menggunakan sirip, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu: 1. Menyiapkan rancangan water heater

49 33 Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, dengan diameter pipa 0,5 inci dan bersirip adalah membuat gambaran desaign water heater yang akan di buat menggunakan dua tabung, yaitu tabung dalam dan tabung luar, membuat agar tutup water heater mampu bergerak naik/turun serta membuat sebuah tabung udara didalam water heater. 2. Menyiapkan Alat dan Bahan Setelah menyiapkan rancangan, langkah selanjutnya adalah menentukan bahan yang akan digunakan dalam membuat water heater kemudian menyediakannya dengan membeli bahan bahannya. 3.3 Pengerjaan Water Heater Dalam pelaksanaan pembuatan water heater menggunakan sirip banyak halhal yang harus dilakukan yaitu : 1. Memotong Pipa Tembaga Memotong pipa tembaga harus menggunakan alat yang khusus agar hasilnya baik dan rapi serta pipa tembaga tidak mengalami kerusakan bentuk. Pipa tembaga dengan panjang 12 meter dipotong dengan ukuran 10 meter sebagai bahan pipa saluran air dan 2 meter sebagai bahan membuat sirip. Setelah dipotong pipa tembaga dengan panjang 10 meter dibuat melingkar dengan cara dirol dengan model 2 tingkat.

50 34 Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga 2. Membengkokkan Pipa Tembaga Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka digunakan mesin roll atau alat pembengkok (manual) untuk membengkokkannya. Jika dalam proses membengkokkan pipa tembaga secara manual maka hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah. Gambar 3.6 Proses Pembengkokan Pipa Tembaga

51 35 Setelah pipa tembaga berhasil dibengkokkan, kemudian dipasang sirip yang terbuat dari sisa pemotongan pipa tembaga tersebut dan diikat dengan menggunakan mur dan baut. Diameter lengkungan pipa bagian dalam 18 cm dan diameter lengkungan pipa bagian luar 20 cm. Gambar 3.7 Pipa tembaga yang telah dibengkokkan 3. Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam Langkah pertama dalam membuat tabung dalam dan tabung luar adalah membuat kerangka water heater yang terbuat dari besi strip setinggi 30cm. Kemudian dipasang selimut tabung dalam yang terbuat dari plat galvanum, sebelum dipasang selimut, pipa tembaga beserta sirip telah di masukan kedalam kerangka, tujuannya adalah memudahkan dalam memasang pipa tembaga. Setelah tabung bagian dalam terpasang kemudian disambung menggunakan paku keling. Setelah proses ini selesai kemudian memasang plat galvanum ke tabung bagian luar. Proses ini hampir sama seperti dalam memasang tabung bagian dalam.

52 36 Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam 4. Membuat Saluran Udara Masuk Setelah pembuatan tabung dalam dan tabung luar selesai, langkah selanjutnya adalah membuat saluran udara masuk. Dilakukan pengeboran pada tabung bagian luar dan tabung bagian dalam. Diusahakan jumlah lubang saluran udara masuk dibuat banyak dan merata agar udara bisa masuk kedalam water heater secara merata.

53 37 Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk 5. Pembuatan Tutup Water Heater Memotong plat galvanum dengan bentuk lingkaran sesuai ukuran diameter water heater menggunakan jangka sorong dan gunting. Kemudian memotong dua buah plat strip sesuai ukuran untuk membuat kerangka tutup water heater, lalu dipasangkan dengan plat galvanum yang berbentuk lingkaran dengan menggunakan paku keling dan las listrik. Kemudian dilakukan pengeboran pada bagian tengah lingkaran untuk memasang baut dengan posisi kepala baut menghadap ke atas bersamaan dengan mur agar baut dapat berdiri dengan tegak, agar tutup water heater mampu bergerak naik dan turun. 6. Pembuatan Tabung Dalam Membuat tabung pada bagian dalam water heater yang menyerupai tabung dalam pada kompor minyak yang diberi lubang udara pada bagian dinding luarnya dengan tinggi 300 mm dan berdiameter 100 mm. Berfungsi untuk menambah aliran udara yang akan masuk kedalam water heater.

54 Hasil Pembuatan Gambar 3. memberikan informasi tentang water heater menggunakan sirip yang sudah disatukan. Gambar 3.10 Water Heater 3.5 Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater menggunakan sirip, antara lain adalah : 1. Memasukan Pipa tembaga kedalam tabung dalam maupun tabung luar water heater. 2. Membengkokkan pipa tembaga berbentuk pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

55 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1Benda Uji Benda uji yang digunakan adalah water heater gas LPG dengan menggunakan bahan bakar gas LPG. Water heater berbentuk tabung dengan diameter 30 cm, dan tinggi water heater 30 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 10 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water heater juga memiliki tutup yang bisa diatur ketinggiannya. Gambar 4.1 Water heater Gas LPG 39

56 40 Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga Gambar 4.3 Tabung Water Heater

57 41 Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping Diskripsi Alat Water Heater Water heater yang digunakan dalam penelitian ini memiliki komponen utama pipa saluran air yang terbuat dari tembaga dan diberi sirip, mempunyai dinding dalam dan dinding luar yang diberi lubang saluran udara masuk, mempunyai tutup water heater yang mampu dibuka atau ditutup dengan cara diputar dan mempunyai tabung saluran udara pada bagian tengah tengah water heater Cara Kerja Water Heater A. Proses pembakaran dan penyerapan kalor Proses pemanasan dalam water heater diawali dengan proses pembakaran yang terjadi secara langsung dari gas LPG. Dalam proses ini harus ditunggu beberapa saat, agar proses perpindahan panas konduksi dari api ke pipa saluran air

58 42 terjadi dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah memasukan air ke pipa saluran air jika panasya sudah cukup. B. Input (air masuk ke dalam water heater) Proses input adalah proses pemasukan air ke pipa saluran air water heater. Dalam proses ini memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Dimana terjadi perpindahan panas dari permukaan dalam pipa saluran air ke air yang mengalir di dalamnya. C. Output (air keluar dari water heater) Proses output adalah proses keluarnya air dari water heater. Air keluar dengan suhu yang sudah meningkat dan menjadi panas. Pada proses ini suhu air keluar diukur dengan menggunakan termokopel untuk mengetahui peningkatan suhu airnya.

59 Skematis Pengujian Gambar 4.3. Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater Agar air bisa mengalir ke dalam water heater diperlukan kran air, kran air juga digunakan untuk mengatur jumlah debit air yang mengalir di dalam water heater dan untuk mengatur suhu air yang keluar dari water heater. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ( input ) dan suhu air yang keluar ( output ) dari water heater. Dan gelas ukur digunakan untuk mengukur / mengetahui jumlah debit air yang keluar dari water heater per menit.

60 Variasi Penelitian Variasi penelitian dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang dialirkan di dalam water heater dengan debit gas LPG yang konstan pada water heater dan membuka tutup water heater sebanyak 10 kali putaran dan 20 kali putaran. Pengaturan tinggi tutup ini bertujuan mengatur volume gas buang sisa pembakaran yang keluar dari water heater. 4.4 Alat Bantu Penelitian Alat alat yang di gunakan untuk membantu penelitian water heater ini adalah sebagai berikut : 1. Kompor yang digunakan untuk sumber api atau penyuplai panas. 2. Gas LPG sebagai bahan bakar kompor atau sebagai sumber tenaga dari water heater. 3. Selang dan regulator yang digunakan untuk mengalirkan gas LPG dari tabung gas menuju kompor dan regulator digunakan untuk mengatur besar / kecilnya api pada kompor. 4. Kran air yang berfungsi untuk mengatur jumlah debit aliran air yang masuk ke dalam water heater. 5. Selang air yang digunakan untuk menyambung dari kran air menuju pipa masuk ( input ) water heater. 6. Klem yang berfungsi untuk mengencangkan selang air dan selang regulator agar tidak bocor. 7. Stopwatch digunakan untuk mengetahui debit aliran air per satuan waktu. 8. Gelas ukur digunakan mengetahui banyaknya air dalam liter.

61 45 9. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ( input ) dan suhu air yang keluar ( output ) dari water heater. 10. Obeng digunakan untuk mengencangkan klem. 11. Kalkulator dan alat tulis yang digunakan untuk mencatat dan mengolah data. 12. Timbangan Digital yang digunakan untuk mengukur/menimbang gas LPG. Gambar 4.6 Timbangan Digital

62 46 Gambar 4.7 Gas LPG 15kg Gambar 4.8 Termokopel Digital

63 47 Gambar 4.9 Gelas Ukur 4.5 Alur Penelitian Alur penelitian dalam penelitian water heater gas LPG ini adalah : 1. Menyiapkan alat dan peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian. 2. Menyiapkan kompor dan gas LPG. 3. Menimbang tabung gas LPG sebelum digunakan dalam penelitian. 4. Meletakkan water heater diatas kompor. 5. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk water heater. 6. Menghidupkan kran air sampai air teralirkan menuju water heater. 7. Mengukur suhu keluar air sebelum dipanaskan. 8. Menghidupkan kompor sampai suhu air berubah menjadi panas. 9. Mengukur suhu keluar air setelah dipanaskan. 10. Mengukur debit air yang keluar dari water heater.