4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya sampai 56 Smith, 2005.
Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk
kondensor Sumathy et. al., 1995. Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether
memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17 lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m Wong et. al., 2000. Analisa
termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus hari
tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam
sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin Wong, 2001. Eksperimen dan pengembangan pompa air energi termal
“sederhana” yang bekerja dengan prinsip siklus stirling dapat memompa air secara efektif dengan head pemompaan 2 sampai 5 meter. Pompa dapat dibuat
dari bahan sederhana kaca dan plastik karena temperatur dan tekanan kerja pompa tidak terlalu tinggi. Selain dari bahan sederhana teknologi pembuatan
pompa juga dapat dibuat di bengkel umum yang ada Mahkamov et. al., 2003.
5 Analisa termodinamika secara teoritis untuk memprediksi unjuk kerja pompa air
energi surya mendapatkan hasil yang berbeda dengan yang didapatkan secara eksperimen. Fluida kerja yang digunakan adalah pentana dan luasan kolektor
yang digunakan seluas 1 m
2
. Perbedaan disebabkan karena analisa secara teoritis menggunakan beberapa asumsi kondisi ideal. Setelah beberapa faktor koreksi
yang didapatkan dari eksperimen dimasukkan dalam analisa teoritis maka dihasilkan kesesuaian antara analisa teoritis dan eksperimen Sumathy et. al.,
1996. Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan fluida kerja eter dan kolektor surya termal sederhana seluas 1 m
2
untuk memompa air dengan debit 700 sampai 1400 literhari tergantung pada head pemompaan yaitu 6 m
sampai 10 m dapat menghasilkan efisiensi antara 0,34 sampai 0,42 Wong et. al., 2001. Pengujian prototipe pompa air energi termal yang bekerja
berdasarkan siklus Rankine dan menggunakan fluida kerja refrijeran R113. Pengujian dilakukan untuk mengetahui efisiensi yang dihasilkan dengan
memvariasikan temperatur air pendingin 16,7
O
C sampai 31,7
O
C, head pemompaan 3,2m sampai 8 m dan masukkan energi termal dengan
menggunakan pemanas listrik 1926 W sampai 2592 W. Dari pengujian dihasilkan efisiensi siklus sebesar 6,8 sampai 9 Spindler et. al., 1996.
Penggunaan tangki penampung uap yang terpisah dari tangki pemisah uap dapat meningkatkan efisiensi pompa air energi surya termal. Eksperimen dilakukan
dengan menggunakan fluida kerja organik dengan temperatur penguapan rendah yakni pentane Sumathy et. al., 1996. Studi eksperimental pompa air energi surya
termal untuk mengetahui pengaruh ukuran tangki pada unjuk kerja pompa
6 dilakukan dengan menggunakan kolektor termal surya seluas 10 m
2
dan variasi head pemompaan 6m, 8m dan 10m. Hasil eksperimen memperliatkan bahwa
terdapat ukuran optimal tangki pada kondisi kerja pompa tertentu yang menghasilkan efisiensi terbesar Sumathy, 1999. Penelitian pompa air energi
surya termal dilakukan untuk mengetahui temperatur dan tekanan minimal kolektor untuk memompa air dengan head pemompaan tertentu. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa untuk memompa air dengan head pemompaan 6 m diperlukan tekanan kolektor minimal sebesar 3,2 bar. Temperatur maksimal
kolekor pada penelitian ini sebesar 100
O
C dan tekanan maksimal sebesar 4,5 bar. Fluida kerja yang digunakan adalah pentana sebanyak 13,5 kg. Energi surya
maksimal sebesar 900 Wm
2
dengan lama waktu pengambilan data 5 jam yakni dari jam 9.00 sampai 14.00 Sumathy, et. al.,1996. Penelitian pemanfaatan
pompa air energi surya termal untuk mensirkulasikan air pada sistim pemanas air energi surya menghasilkan efisiensi termal yang lebih rendah 7-13 dibanding
pemanas air energi surya konvensional yang menggunakan pompa listrik untuk mensirkulasikan air 30
–60 tetapi memiliki keunggulan yakni biaya operasional yang lebih rendah. Pada penelitian tersebut digunakan empat kolektor
pelat datar dan tiga variasi head 1m; 1,5 m dan 2 m . Efisiensi harian pompa yang dihasilkan sebesar 0,0014 - 0,0019 dengan debit 12-59 literhari.
Temperatur kolektor mencapai 70-90
O
C dan tekanan uap yang dihasilkan sebesar 7-14 kPa Natthaphon et. al., 2007. Pompa air energi surya termal dengan
menggunakan prinsip siklus Rankine dan kolektor jenis fokus digunakan untuk irigasi di India. Efisiensi pompa mencapai 2-2,5 dengan head pemompaan 3,5m
7 dan debit sebesar 20m
3
hari Oppen et. al.,2001. Simulasi untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi surya termal di Iran menggunakan data cuaca
tahunan setempat menghasilkan efisiensi dan debit rata-rata sebesar 2,804 dan 20m
3
hari. Debit terbesar terjadi pada bulan Juli sebesar 35m
3
hari dan terendah pada bulan Januari sebesar 12m
3
hari. Pompa bekerja berdasarkan prinsip siklus Rankine dan sebagai fluida kerja digunakan refrijeran R114 Aghamohammadi et.
al.. Beberapa modifikasi telah dilakukan oleh Kwant gambar dan Sudhakar
gambar untuk meningkatkan efisiensi kerja pemompaan yaitu dengan menggunakan pelampung untuk mencegah kontak langsung antara uap fluida
kerja dengan air dalam tangki. Kontak langsung antara uap dan air dapat mengakibatkan pengembunan dini sebagian uap yang digunakan untuk menekan
air, karena pengembunan tersebut dapat mengurangi tekanan pemompaan. Efisiensi yang dicapai oleh Kwant menggunakan kolektor plat datar dengan luas
10 m
2
sebesar 2 . Sedangkan penelitian Sudhakar menghasilkan kapasitas pemompaan 800.000 liter hari dan head pemompaan 9,1 m dengan
menggunakan kolektor seluas 93 m
2
.
8 Gambar 2.1 Pompa Dasar
9 Gambar 2.2 Pompa Kwant
Gambar 2.3 Pompa Modifikasi
10
2.2. Dasar Teori
Kategori