Analisa Pengaruh Temperatur Air Terhadap Aliran fluida dan laju Pemanasan Pada Alat Pemanas Air
Anang Subardi Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional Malang

## Abstrak
Teknologi  alat  pemanas  air pada  masa  sekarang  ini  sudah  banyak  perubahan dimasyarakat dari  pemanas konvensional  yang  dipergunakan didalam  kehidupan masyarakat pedesaan dan perkotaan sehari–hari dengan pemanas yang menggunakn energi  minyak  maupun  gas  keernergi  listrik, terutama  untuk  pemanas  air  untuk kamar  mandi  (water  heater) . Dengan  menambahkan  selubung  pembatas  yang berlubang-lubang  disekitar  sumber  panas  untuk  mengatur  volume  air  yang dipanaskan  dan  mempercepat  laju  pemanasannya  dengan  tujuan  agar pemanasannya lebih efisien. Dengan demikian ada pengaruh volume temperature air terhadap  aliran  fluida  yaitu dengan  naiknya temperature  air maka  laju  fluidapun lebih cepat. Pengaruh jumlah dan diameter lubang pada selubung dan posisi sikulasi air dari pusat sumber panas sangat berpengaruh pada laju kecepatan kenaikan panas air.
Kata  kunci :  Air  pemanas (water  heater), Selubung,  Luasan  lubang,  Sirkulasi  air, Panas air

## LATAR BELAKANG
Semakin
berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi yang dikuasai manusia dalam  menciptakan  suatu produk, menyebabkan semakin berkembangnya pula peralatan  yang digunakan  dalam  menunjang  kebutuhan manusia.  Salah  satunya kemajuan teknologi pada system pemanas air.
Perkembangan  teknologi  pada  alat pemanas  air  mengakibatkan  mulai ditinggalkannya pemanas air konvensional  yang  selama  ini  masih banyak dipergunakan didalam  kehidupan masyarakat  pedesaan  dan  perkotaan sehari–hari, kemudian digantikan dengan penggunaan  alat pemanas  air  yang menggunakan listrik sebagai energinya. Dalam  upaya  efisiensi  pada  waktu pemensan dirancang penambahan
selubung  berupa  tabung  yag  berlubang atau  selubung disekitar  sumber  panas. Dengan  demikian permasalahannya sejauh  mana  efektifitas  penambahan selubung  tersebut  terhadap pengaruhnya pada pemanas  air yang menggunakan energi  listrik  terhadap  waktu  pemanasan dan sirkulasi  air.  Dengan  demikian diperoleh  pencapaian waktu  pemanasan yang  efisien  dengan  mempertimbangkan penambahan  selubung  dan  lubang  aliran air  dengan  ukuran  yang  tepat  untuk mencapai  waktu  pemanasan  yang maksimum.

## METODE PENELITIAN
a. Alat  yang  digunakan  dalam  menguji energi  dan  menganalisa  adalah pemanas  air  menggunakan  energi listrik.
b. Temperatur  pemanas  air  hanya mencapai suhu 72º C, sedangkan untuk suhu awal pemanasan adalah 26º C. c. Hanya menggunakan 3 macam tabung dengan lubang yang bervariasi antara lain :
1. Tabung  I  berdiameter  120  mm berjumlah empat  tabung  memiliki ukuran lubang  yang  bervariasi berdiameter  (  3,5  mm.6,5  mm.12,5 mm.19  mm  )  dibagian    permukaan tabung uji.
2. Tabung  II  berdiameter  160  mm berjumlah  empat  tabung  memiliki ukuran lubang  yang  bervariasi berdiameter  (  3,5  mm.6,5  mm.12,5 mm.19  mm  )  dibagian permukaan tabung uji.
3. Tabung  III  berdiameter  180  mm berjumlah  empat  tabung  memiliki ukuran lubang  yang  bervariasi berdiameter  (3,5  mm.6,5  mm.12,5 mm.19  mm)  dibagian    permukaan tabung uji.
4. Dalam  penelitian  ini  pemanas  air dalam keadaan standart.
5. Pengesetan  pemanas  air  pada  kondisi maximum.
Dalam  melaksanakan  pengumpulan data melakukan  eksperimen pengujian  di laboratorium.
Sumber  energi  panas  dari  energi  listrik yang  dialirkan  pada  kompenen  elemen pemanas  yang  dipasang  pada water heater .
Membandingkan  waktu  pemenasanan  air pada water  heater dipasaran  dengan  alat pemanas  air  yang  ditambahkan  selubung untuk  penelitian  ini.  Alat  pengujian  ini menggunakan  model  yang  tembus pandang  sehingga  dapat  mengamati
sirkulasi  air  dengan  menambahkan pewarna pada air yang dipanaskan. Pengukuran temperatur dilakukan saat air dingin  masuk  pada  model  pemanas tersebut  sampai  dengan  suhu  maksimum yang diinginkan ± 70 s/d 80 0 C
Gambar 1: Komponen pemanas air Komponen pemanas air memakai standar untuk memanaskan air pada super heater di pasaran
Gambar 2.Model Pemanas  Air  Water Heater
Gambar  3.  Selubung  pengujian  volume pemanasan dan sirkulasi air
Keterangan : D   = Diameter tabung penguji d    = Diameter lubang tabung penguji d 1 =  Diameter tutup tabung penguji t     = Tinggi tabung tabung penguji n    = Banyak lubang tabung penguji
Tabel  1.  Diameter  lubang  dan  selubung pengujian  volume  pemanasan  dan sirkulasi air
Tabung uji D =120 D =160 D =180 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 30 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 40 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 45 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 60 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 80 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 90 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 100 d = 12,5
n  = 80 t = 280 d1 =120 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 135 d = 12,5

## Langkah – langkah Pengujian
a. Meletakkan tabung pengujian didalam alat  pemanas air.
b. Mengisi alat pemanas air dengan air. c. Masukkan  thermometer  couple  pada alat  pemanas air. d. Tutup  kembali  alat  pemanas  air tersebut.
e. Mengeset  pemanas  air  pada  kondisi maksimum.
f. Mempersiapkan Stop Watch b. Mempersiapkan lembar data.
Pada  penelitian  ini,  teknik  analisa data  yang  dilakukan  adalah  dengan metode  pengamatan  langsung  serta menghitung, mengolah, dan membandingkan  data yang  telah diperoleh guna menentukan berapa waktu pemanasan yang diperlukan.

## PEMBAHASAN
Aliran Fluida
d 1
Jurnal Flywheel,  Volume 3, Nomor 1, Juni 2010                                              ISSN : 1979-5858
Gambar  3.  Selubung  pengujian  volume pemanasan dan sirkulasi air
Keterangan : D   = Diameter tabung penguji d    = Diameter lubang tabung penguji d 1 =  Diameter tutup tabung penguji t     = Tinggi tabung tabung penguji n    = Banyak lubang tabung penguji
Tabel  1.  Diameter  lubang  dan  selubung pengujian  volume  pemanasan  dan sirkulasi air
Tabung uji D =120 D =160 D =180 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 30 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 40 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 45 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 60 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 80 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 90 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 100 d = 12,5
n  = 80 t = 280 d1 =120 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 135 d = 12,5

## Langkah – langkah Pengujian
a. Meletakkan tabung pengujian didalam alat  pemanas air.
b. Mengisi alat pemanas air dengan air. c. Masukkan  thermometer  couple  pada alat  pemanas air. d. Tutup  kembali  alat  pemanas  air tersebut.
e. Mengeset  pemanas  air  pada  kondisi maksimum.
f. Mempersiapkan Stop Watch b. Mempersiapkan lembar data.
Pada  penelitian  ini,  teknik  analisa data  yang  dilakukan  adalah  dengan metode  pengamatan  langsung  serta menghitung, mengolah, dan membandingkan  data yang  telah diperoleh guna menentukan berapa waktu pemanasan yang diperlukan.

## PEMBAHASAN
Aliran Fluida
d 1
Jurnal Flywheel,  Volume 3, Nomor 1, Juni 2010                                              ISSN : 1979-5858
Gambar  3.  Selubung  pengujian  volume pemanasan dan sirkulasi air
Keterangan : D   = Diameter tabung penguji d    = Diameter lubang tabung penguji d 1 =  Diameter tutup tabung penguji t     = Tinggi tabung tabung penguji n    = Banyak lubang tabung penguji
Tabel  1.  Diameter  lubang  dan  selubung pengujian  volume  pemanasan  dan sirkulasi air
Tabung uji D =120 D =160 D =180 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 0 d = 3,5 n  = 80 t = 280 d1 = 30 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 40 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 45 d = 6,5 n  = 80 t = 280 d1 = 60 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 80 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 90 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 100 d = 12,5
n  = 80 t = 280 d1 =120 d = 12,5 n  = 80 t = 280 d1 = 135 d = 12,5

## Langkah – langkah Pengujian
a. Meletakkan tabung pengujian didalam alat  pemanas air.
b. Mengisi alat pemanas air dengan air. c. Masukkan  thermometer  couple  pada alat  pemanas air. d. Tutup  kembali  alat  pemanas  air tersebut.
e. Mengeset  pemanas  air  pada  kondisi maksimum.
f. Mempersiapkan Stop Watch b. Mempersiapkan lembar data.
Pada  penelitian  ini,  teknik  analisa data  yang  dilakukan  adalah  dengan metode  pengamatan  langsung  serta menghitung, mengolah, dan membandingkan  data yang  telah diperoleh guna menentukan berapa waktu pemanasan yang diperlukan.
PEMBAHASAN Aliran Fluida
d 1
Gambar 4. Aliran fluida Tabung Penguji Data  hasil  penelitian  waktu  pemanasan dan  laju  fluida  air  yang  terbaik, perbedaan waktunya  dapat dilihat dalam grafik berikut ini :
Nilai  rata – rata  waktu  pamanasan pada  empat  tabung    penguji,  waktu terbaik berdiameter  (D = 120 mm) pakai tutup  III  dengan  lubang  tabung  yang bervariasi.
Grafik 1. Temperatur dan waktu panas air D =120, t = 280
Dapat  disimpulkan  waktu  pemanasan  air yang  lebih  cepat  pada  lubang  tabung penguji  berdiameter  d  =  12,5  mm, disebabkan perbedaan jarak antara lubang – lubang  tabung    penguji,  diameter lubang  tabung  penguji,  dan  adanya penambahan  tutup  berdiameter  d 1 =  90 mm  pada  tabung  penguji,  sehingga pemanas  air  cepat  menyerap  air  melalui lubang tabung penguji tersebut. Sedangkan  waktu  pemanasan  air  yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter d  = 3,5  mm  disebabkan ukuran lubang tabung penguji yang lebih kecil  maka  pemanas  air  penyerapannya lambat.
Nilai  rata – rata  waktu  pamanasan pada empat tabung penguji, waktu terbaik berdiameter ( D = 160 mm ) pakai tutup II dengan lubang tabung yang bervariasi
Grafik 2. Temperatur dan waktu panas air D =160, t = 280
Dapat  disimpulkan  waktu  pemanasan  air yang  lebih  cepat  pada  lubang  tabung penguji  berdiameter  d  =  12,5  mm, disebabkan perbedaan jarak antara lubang – lubang  tabung    penguji,  diameter lubang  tabung  penguji,  dan  adanya penambahan  tutup  berdiameter  d 1 =  80 mm  pada  tabung  penguji,  sehingga pemanas  air  cepat  menyerap  air  melalui lubang tabung penguji tersebut. Sedangkan  waktu  pemanasan  air  yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter  3,5  mm  disebabkan  ukuran lubang  tabung  penguji  yang  lebih  kecil maka pemanas air penyerapannya lambat. Nilai  rata – rata  waktu  pamanasan pada empat tabung penguji, waktu terbaik berdiameter  ( D = 180 mm ) pakai tutup II dengan lubang tabung yang bervariasi. Pengaruh diameter lubang pada tabung penguji  sangat  besar  untuk  laluan  aliran laju sirkulasi air dari luar tabung selubung ke  dalam  tabung  selubung  pada  daerah
Perbandingan Waktu Pemanasan Pada Tabung Penguji (Ukuran D = 16, t = 280) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Pemanasan (Detik) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19 Perbandingan Waktu Pemanasan Pada Tabung Penguji ( Ukuran D =12, t = 280) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Pemanasan (Detik) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19
pemanas  air.  Volume  aliran  air  yang melalui  tabung  selubung  berpengaruh terhadap volume air yang dipanaskan per satuan  waktu    produksi  .  Dengan demikian untuk tabung selubung D = 120 ,  160,  180  dengan  lubang  terbuka  maka lubang –lubang pada tabung elubung d = 12,5 .
Grafik 3. Temperatur dan waktu panas air D =180, t = 280 engan penutup d 1 = 80
Dapat  disimpulkan  waktu  pemanasan air  yang  lebih  cepat  pada  lubang  tabung penguji  berdiameter  d  =  19  mm, disebabkan perbedaan jarak antara lubang – lubang  tabung    penguji,  diameter lubang  tabung  penguji,  dan  adanya penambahan  tutup  berdiameter  d 1
=  90 mm  pada  tabung  penguji,  sehingga pemanas  air  cepat  menyerap  air  melalui lubang tabung penguji tersebut. Sedangkan  waktu  pemanasan  air  yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter  3,5  mm  disebabkan  ukuran lubang  tabung  penguji  yang  lebih  kecil maka pemanas air penyerapannya lambat Nilai  rata – rata  waktu  laju  fluida pada empat tabung penguji, waktu terbaik  berdiameter    (  D  =  120  mm  )
pakai  tutup  III dengan  lubang  tabung yang bervariasi.
Grafik 4. Temperatur dan waktu panas air D =120, t = 280 dengan penutup d 1 = 90
Dapat  disimpulkan  bahwa  waktu  laju fluida  yang  lebih  cepat  pada  lubang tabung penguji berdiameter d = 12,5 mm, disebabkan oleh peningkatan temperature air,  perbedaan  diameter  lubang  tabung penguji dan jarak antara lubang – lubang tabung  penguji  dan  adanya  penambahan tutup  berdiameter  d 1 =  90  mm  pada tabung  penguji,  sehingga  pemanas  air cepat menyerap air melalui lubang tabung penguji,  maka  temperature  airpun  lebih cepat panas mengakibatkan laju fluidanya lebih cepat melalui lubang tabung penguji tersebut.
Sedangkan  waktu  laju  fluida  air yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter  d  =  3,5  mm  disebabkan pemanas  air  lambat  menyerap  air mengakibatkan lambat naiknya temperature  air  sehingga  laju  fluidapun lebih lambat
Nilai rata – rata waktu laju fluida pada empat tabung penguji,          waktu  terbaik berdiameter  ( D = 160 mm ) pakai  tutup II dengan lubang tabung yang bervariasi
Perbandingan Waktu Laju Fluida Pada Tabung Penguji
(Ukuran D= 12,t =280) 0 2 4 6 8 10 12 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Laju Fluida (Detik) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19 Perbandingan Waktu Pemanasan Pada Tabung Penguji Ukuran D = 18, t = 280) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Pemanasan (Detik ) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19
Grafik 5. Temperatur dan waktu panas air D =160, t = 280 dengan penutup d 1 =80
Dapat  disimpulkan  bahwa  waktu  laju fluida  yang  lebih  cepat  pada  lubang tabung penguji berdiameter d = 12,5 mm, disebabkan oleh peningkatan temperature air, perbedaan  diameter  lubang  tabung penguji dan jarak antara lubang – lubang tabung  penguji  dan  adanya  penambahan tutup  berdiameter  d 1 =  80  mm  pada tabung  penguji,  sehingga  pemanas  air cepat menyerap air melalui lubang tabung penguji,  maka  temperature  airpun  lebih cepat panas mengakibatkan laju fluidanya lebih cepat melalui lubang tabung penguji tersebut.
Sedangkan  waktu  laju  fluida  air  yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter  d  =  3,5  mm  disebabkan pemanas  air  lambat  menyerap  air mengakibatkan lambat naiknya temperature  air  sehingga  laju  fluidapun lebih lambat
Nilai rata – rata waktu laju fluida pada empat  tabung  penguji, waktu  terbaik pakai tutup II berdiameter (D = 180 mm) pakai tutup II dengan lubang tabung yang bervariasi
Grafik 6. Temperatur dan waktu panas air D =160, t = 280 dengan penutup d 1 = 90
Dapat  disimpulkan bahwa  waktu  laju fluida  yang  lebih  cepat  pada  lubang tabung  penguji  berdiameter  d  =  19  mm, disebabkan oleh peningkatan temperature air,  perbedaan  diameter  lubang  tabung penguji dan jarak antara lubang – lubang tabung  penguji  dan  adanya  penambahan tutup  berdiameter  d 1 =  90  mm  pada tabung  penguji,  sehingga  pemanas  air cepat menyerap air melalui lubang tabung penguji,  maka  temperature  airpun  lebih cepat panas mengakibatkan laju fluidanya lebih cepat melalui lubang tabung penguji tersebut.
Sedangkan  waktu  laju  fluida  air  yang paling lambat pada lubang tabung penguji berdiameter d = 3,5 disebabkan pemanas air  lambat  menyerap  air  mengakibatkan lambat  naiknya  temperature  air  sehingga laju fluidapun lebih lambat.
Pengaruh diameter lubang pada tabung penguji  sangat  besar  untuk  laluan  aliran laju sirkulasi air dari luar tabung selubung ke  dalam  tabung  selubung  pada  daerah pemanas  air.  Volume  aliran  air  yang melalui  tabung  selubung  berpengaruh
Perbandingan Waktu Laju Fluida Pada Tabung Penguji (Ukuran D= 16,t =280) 0 2 4 6 8 10 12 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Laju Fluida (Detik) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19 Perbandingan Waktu Laju Fluida Pada Tabung Penguji (Ukuran D= 16,t =280) 0 2 4 6 8 10 12 26 30 40 50 60 70 72 Temperatur (C) Waktu Laju Fluida (Detik) Lubang 3.5 Lubang 6.5 Lubang 12.5 lubang 19
terhadap volume air yang dipanaskan per satuan waktu  produksi .
Dengan  demikian  untuk  tabung selubung  D  =  120  ,  160  dengan  tabung tertutup  maka  lubang – lubang  pada tabung  elubung d  =  12,5 . Pada  D  =180 untuk  pengujian  pada  tabung  tertutup yang sesuai d = 19 mm

## Kesimpulan
1. Ada pengaruh volume temperature air terhadap  aliran  fluida  yaitu  semakin temperature  air  naik  maka  laju fluidapun lebih cepat.
2. Pada  tabung  penguji  berdiameter  D  = 120  mm  menggunakan  tutup  III didapat  waktu  pemanasan  dan  waktu laju fluida yang tercepat pada lubang d = 12,5  mm  dengan  waktu  pemanasan 2996 detik  dan  waktu  laju  fluida  6 detik  pada  temperature  air  72ºC.  Dan pada  tabung penguji  berdiameter D=160mm  menggunakan  tutup  II, didapat  waktu  pemanasan  dan  waktu laju  fluida  yang  tercepat  pada  lubang tabung  d  =  12,5  mm  dengan  waktu pemanasan 3023 detik dan waktu laju fluida 6 detik pada temperature air 72 ºC.  Sedangkan  pada  tabung  penguji berdiameter D=180 mm menggunakan tutup II didapat waktu pemanasan dan waktu  laju  fluida  yang  tercepat  pada lubang  tabung  d  =  19  mm  dengan waktu  pemanasan  2965  detik  dan waktu  laju  fluida  5  detik  pada temperature air 72ºC.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Giancoli, C Douglas, Fisika edisi lima, Erlangga, Jakarta, 1998.
2. Paula,  Tipler,  Fisika  Untuk  Sains  dan Teknik, Erlangga, Surabaya, 1991
3. Victor  L.  Streeter  ;  E.  Benjamin Wylie;  Arko  Prijono.  Makanika Fluida.  Penerbit  Erlangga,  Jakarta 1991
4. Douglas  C.  Giancoli.  Fisika,  Edisi kelima, jilid I, Erlangga, Jakarta, 2001. 5. Daugherty, Robert; Franzini, Joseph B, 1977, Fluid Mechanics With Enginering  Application,  McGraw-Hill Kogakusha, Tokyo 6. Holman, Jack Philip, 1991, Perpindahan Kalor, Terjemahan E.Jasjfi, Erlangga, Jakarta 7. Incropera, Frank P, 1990, Fundamentals  Of    Heat  and  Mass Transfer, Wiley, Singapore 8. Koestoer,  Raldi  Artono,  2002, Perpindahan  Kalor,  salemba  Teknika, Jakarta
9. Kreith,  Frank,  1997,  Pinsip-prinsip Perpindahan  Panas,  edisi  ketiga, Terjemahan  A.  Prinjono,  Erlangga, Jakarta 10. McAdams, Wiliam A, 1954, Heat Transmission, McGraw-Hill Kogakusha, Tokyo 11. Pitts,  Donald  R; Sissom,  Leighton  E, 1991, Seri Buku Schaum, Perpindahan Kalor Terjemahan,  E.Jasjfi, Erlangga, Jakarta