Pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat 20 cc - USD Repository
POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN
EVAPORATOR PELAT 20 cc
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
YUSUP AGUS SURYONO
NIM : 075214018
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
THERMAL ENERGY WATER PUMP USING 20 cc PLATE
EVAPORATOR
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By:
YUSUP AGUS SURYONO
NIM : 075214018
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan manusia, namun tidak semua tempat dapat memperoleh air dengan mudah. Banyak terdapat tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik namun belum semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian yang dilakukan yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)..
Pompa air energi termal terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, (1) evaporator, (2) kompor, dan (3) tuning pipe (pipa osilasi). Pompa air energi termal yang digunakan untuk penelitian adalah pompa air energy termal menggunakan evaporator pelat dengan pelat tembaga dengan tebal 0,5 mm. Evaporator
2
berpenampang 8 x 8 cm dengan volume 70 cc dan disambung dengan pipa tembaga 1/2 inci sepanjang 31 cm. Pemanas dibuat menggunakan pelat tembaga 0,5 mm yang dibuat kubus dengan penampang atas terbuka dengan volume 125
3
cm . Kompor ini digunakan sebagai tempat spirtus yang akan dibakar sebagai sumber panas. Spirtus yang digunakan sebanyak 100 cc. Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah volume air yang keluar ( V ) dan waktu ( t ), sedangkan variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head ( 1,50 ; 1,80 dan 2,50 m) dan ukuran pipa osilasi ( ½ inci dan 3/8 inci ). Hasil penelitian menunjukkan debit maksimum (Q) 0.35 (liter/menit), daya pompa maksimum (Wp) 0,1 watt, efisiensi pompa maksimum (η pompa) 0,03 % pada head 1,8 m menggunakan pipa osilasi 3/8 inci.
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan manusia, namun tidak semua tempat dapat memperoleh air dengan mudah. Banyak terdapat tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik namun belum semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian yang dilakukan yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)..
Pompa air energi termal terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, (1) evaporator, (2) kompor, dan (3) tuning pipe (pipa osilasi). Pompa air energi termal yang digunakan untuk penelitian adalah pompa air energy termal menggunakan evaporator pelat dengan pelat tembaga dengan tebal 0,5 mm. Evaporator
2
berpenampang 8 x 8 cm dengan volume 70 cc dan disambung dengan pipa tembaga 1/2 inci sepanjang 31 cm. Pemanas dibuat menggunakan pelat tembaga 0,5 mm yang dibuat kubus dengan penampang atas terbuka dengan volume 125
3
cm . Kompor ini digunakan sebagai tempat spirtus yang akan dibakar sebagai sumber panas. Spirtus yang digunakan sebanyak 100 cc. Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah volume air yang keluar ( V ) dan waktu ( t ), sedangkan variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head ( 1,50 ; 1,80 dan 2,50 m) dan ukuran pipa osilasi ( ½ inci dan 3/8 inci ). Hasil penelitian menunjukkan debit maksimum (Q) 0.35 (liter/menit), daya pompa maksimum (Wp) 0,1 watt, efisiensi pompa maksimum (η pompa) 0,03 % pada head 1,8 m menggunakan pipa osilasi 3/8 inci.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Jesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “ Pompa Air
Energi Termal Menggunakan Evaporator Pelat 20 cc ” ini karena adanya
bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.
5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
6. Laboran ( Ag. Rony Windaryawan ) yang telah membantu memberikan
7. Rekan kerja Robertus Agung Setiawan, Heribertus Dwi Prihantoro dan Nuri Hartarto yang saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.
Yogyakarta, 19 Januari 2010 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
TITLE PAGE .......................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................ v
INTISARI ................................................................................................................ vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYAUNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. vii
KATA PENGANTAR ............................................................................................. viii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ x
DAFTAR TABEL ................................................................................................... .xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.l Latar Belakang .......................................................................................... 11.2 Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 4
2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ......................................................... 4
2.2 Dasar Teori ............................................................................................... 6
BAB III. METODE PENELITIAN ....................................................................... .15
3.2 Variabel yang Divariasikan ....................................................................... 16
3.3 Variabel Pengukuran ................................................................................. 18
3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data .................................................. 18
3.5 Analisa Data .............................................................................................. 19
3.6 Peralatan Pendukung ................................................................................. 19
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 21
4.1 Hasil Penelitian ......................................................................................... 21
4.2 Pembahasan ............................................................................................... 35
BAB V. PENUTUP ................................................................................................... 63
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 63
5.2 Saran ......................................................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 65
LAMPIRAN .............................................................................................................. 67
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Percobaan ke-1 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 70cc......................................................................................................21
Tabel 4.2. Percobaan ke-2 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 70cc......................................................................................................21
Tabel 4.3. Percobaan ke-3 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 70 cc......................................................................................................22
Tabel 4.4. Percobaan ke-4 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 70cc......................................................................................................22
Tabel 4.5. Percobaan ke-5 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 70cc......................................................................................................23
Tabel 4.6. Percobaan ke-6 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 70cc......................................................................................................24
Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100cc......................................................................................................25
Tabel 4.8. Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100cc......................................................................................................27
Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100cc......................................................................................................29
Tabel 4.10. Percobaan ke-10 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc......................................................................................................31
Tabel 4.11. Data Pengujian Daya Spirtus...........................................................34Tabel 4.12. Perhitungan Daya Spirtus................................................................36Tabel 4.13. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2 inci pada Evaporator berpenampang 8 x 8 cm2
dengan Volume Evaporator 70 cc dan 100 cc ( setelah menggelembung )...............37
Tabel 4.14. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2 inci pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2
dengan Volume Evaporator 60 cc dan 170 cc ( setelah menggelembung )...............39
Tabel 4.15. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2 inci pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2
dengan Volume Evaporator 70 cc dan 150 cc ( setelah menggelembung )................39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet....... ...................................... 6Gambar 2.2. Dimensi Evaporator .............................................................................. 7Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ............................................. 8Gambar 2.4. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump .................................... 9Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump .................................................................. 10Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ......................................... 11Gambar 2.7. Sistem Kerja Nifte Pump ...................................................................... 12Gambar 3.1. Skema Pompa Air Energi Termal ......................................................... 15Gambar 3.2. Dimensi Evaporator .............................................................................. 16Gambar 3.3. ....................................................... 17Variasi Diameter Selang Osilasi
Gambar 3.4. ................................................................... 17Variasi Ketinggian Head
2 Gambar 4.1. Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm dengan volume
70 cc ..................................................................................................... 38
2 Gambar 4.2.
Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm dengan volume 60 cc ..................................................................................................... 38
Gambar 4.3. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Debit Pompa2 ........... 40
menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm
Gambar 4.4. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Daya Pompa2
menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm ........... 41 Gambar 4.5. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Efisiensi Pompa
2 ........... 43
menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm
Gambar 4.6. Evaporator Pipa Tunggal dengan Volume 44 cc ............................ 44Gambar 4.7. Evaporator 2 Pipa Pararel .................................................................. 45 Gambar 4.8.Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci ..................................................................................... 45
Gambar 4.9. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 1,8 m dengan pipa ..................................................................................... 47osilasi 3/8 inci
Gambar 4.10. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 2,5 m dengan pipaGambar 4.11. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 2,5 m dengan pipa ................................................................................... 49osilasi 1/2 inci
Gambar 4.12. Perbandingan Daya Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan pipaosilasi 3/8 inci ................................................................................... 51
Gambar 4.13. Perbandingan Daya Antar Evaporator pada head 1,8 m dengan pipa ................................................................................... 52osilasi 3/8 inci
Gambar 4.14. Perbandingan Daya Antar Evaporator pada head 2,5 m dengan pipaosilasi 3/8 inci ................................................................................... 54 Gambar 4.15. Perbandingan Daya Antar Evaporator pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 1/2 inci ................................................................................... 55
Gambar 4.16. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan ........................................................................... 56pipa osilasi 3/8 inci
Gambar 4.17. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 1,8 m denganpipa osilasi 3/8 inci ........................................................................... 57
Gambar 4.18. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 2,5 m dengan ........................................................................... 58pipa osilasi 3/8 inci
Gambar 4.19. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 1,8 m denganpipa osilasi 1/2 inci ........................................................................... 60
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita punya tidak kita olah dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini sangatlah mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.
Pada umumnya pompa air digerakkan energi listrik (motor listrik), tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik.
Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Alternatif lain pompa air energi termal, jenis pompa air energi termal yaitu pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (Water Pulse Jet).
Pada penelitian ini menggunakan pompa air energi termal jenis pulsajet karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana serta mempunyai komponen yang mudah dibuat dan bisa dikembangkan dengan menggunakan energi surya. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut salah satunya bisa menggunakan kolektor surya plat datar jenis Compound
Parabolic Collector (CPC) sehingga perlu dilakukan penelitian berikutnya
tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan pada pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyarakat.
1.2. Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:
3 1. Massa jenis air yang digunakan 1000 kg/m untuk berbagai kondisi.
2. Panas jenis air yang digunakan 4192,47 J/Kg ºC untuk berbagai kondisi.
3. Rugi – rugi gesekan, belokan dan kekentalan fluida dalam pipa diabaikan.
1.3. Tujuan Penelitian
1. Membuat pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)
2
menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm dengan volume 20 cc.
2. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)
2
menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm dengan volume 20 cc.
3. Membadingkan hasil yang diperoleh dari pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat
2
berpenampang 8 x 8 cm bervolume 20 cc dengan pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat
2
berpenampang 10 x 10 cm bervolume 60 cc dan pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat
2 berpenampang 10 x 10 cm bervolume 70 cc.
4. Membadingkan hasil yang diperoleh dari pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat
2
berpenampang 8 x 8 cm bervolume 20 cc dengan penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.
1.4. Manfaat Penelitian Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan
Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m ( Mahkamov, 2003 ). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ). 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, 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 ).
Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir Menggunakan Pompa Rendam” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel
kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0,0893
Watt, Efisiensi sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor efisiensi maksimum
adalah 57,218 % ( Yoanita, 2009 ).Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39
CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp)
0.139 0.060
maksimum adalah watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara ( Suhanto, 2009 ).
Dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44
CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (W p ) maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,213 %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).
Selanjutnya dalam penelitian
“Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 2 Pipa Paralel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.148 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,03 %, dan debit (Q) maksimum 0.588 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,5 m, selang osilasi 1/2 inci tanpa pendingin. ( Putra, 2010 ).
2.2 Dasar Teori
Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis pulsa jet air (water pulse jet) seperti pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.3, pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti Gambar 2.4, serta pompa air energi termal dengan jenis nifte pump pada Gambar 2.6. Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water pulse
jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.
Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsajet( Nugroho, 2009 )
Gambar 2.2. Dimensi Evaporator( Nugroho, 2009 ) Keterangan Gambar 2.1 :
1. Pipa osilasi 7. Selang keluaran
2. Kran osilasi 8. Evaporator
3. Gelas ukur 9. Pendingin
4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida
5. Katup hisap satu arah 11. Rangka
6. Katup buang satu arah
Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet( Smith, T. C. B, 2005 ) Keterangan bagian-bagian pulse jet :
1. Fluida air
5. Pipa osilasi
2. Sisi uap
6. Katup hisap
3. Sisi panas
7. Katup buang
4. Sisi dingin Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water
pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan
dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan.
Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.
Gambar 2.4. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump( Smith, T. C. B, 2005 ) Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :
1. Displacer
6. Katup hisap
2. Penukar panas
7. Katup buang
3. Pemicu regenerasi
8. Sisi volume mati
4. Penukar panas
9. Pengapung
5. Pipa osilasi
Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump( Smith, T. C. B, 2005 ) Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan uap, sehingga fluida di bagian sisi panas turun dan memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang menyebabkan air terdorong keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan penukar panas, kemudian fluida pada sisi dingin menggantikan atau mengisi kembali fluida sistem di bagian sisi panas.
Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump( Smith, T. C. B, 2005 ) Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :
1. Kekuatan piston
6. Katup
2. Beban
7. Saturator
3. Silinder displacer
8. Difusi kolom
4. Evaporator
9. Perpindahan panas
5. Kondenser
Gambar 2.7. Sistem Kerja Nifte Pump( Sumber : www.Wikipedia.co.id ) Nifte pump memiliki dua silinder vertikal (1 dan 2) yang terhubung pada bagian atas (3), Sambungan lain terdapat di bagian bawah menggunakan katup penghambat atau penutup (4). Pada saat tekanan uap yang dihasilkan oleh evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.
Untuk menghitung unjuk kerja dari pompa air energi termal, dapat dugunakan persamaan-persamaan yang tercantum di bawah ini.
Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )
Dengan: V : volume air keluaran (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)
Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )
W g Q H . . .
(2.2)
= ρ P
Dengan:
3
: massa jenis air (kg/m )
ρ
2
g : percepatan gravitasi (m/s )
3
Q : debit pemompaan (m /s)H : head pemompaan (m) Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut ( Giles, 1986 )
m . c . ∆ T p
W = spirtus
(2.3)
t
Dengan : m air : massa air yang dipanasi (kg) C : panas jenis air (J/Kg ºC)
p o
T : kenaikan temperatur (
C) Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )
W P
(2.4)
η = pompa Wspritus
Dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)
BAB III METODE PENELITIAN
3.1.Deskripsi Alat
Gambar 3.1. Skema Pompa Air Energi TermalKeterangan :
1. Evaporator 6. Corong keluaran 11. Tangki air
2. Tempat spritus 7. Pipa osilasi 1/2 inci 12. Gelas ukur
3. Katup tekan 8. Pipa osilasi 3/8 inci 13. Rangka
Gambar 3.2. Dimensi EvaporatorPompa termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama yaitu:
1. Evaporator menggunakan bahan dari pelat tembaga sebagai bagian
2 yang dipanasi yang berukuran 8 x 8 cm .
2. Pipa tembaga sebagai tempat masukknya air dan sebagai tempat kotak pemanas.
3. Kotak pemanas / pembakaran yang terbuat dari plat tembaga sebagai tempat bahan bakar spirtus.
3.2.Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Variasi diameter selang osilasi ( 3/8 inci dan 1/2 inci ).
Gambar 3.3. Variasi Diameter Selang Osilasi3.3.Variabel yang Diukur
Variabel-variabel yang diukur antara lain : Volum air yang keluar (V) - Waktu (t) -
Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (W p ) dan efisiensi pompa (η pompa ) serta daya spirtus (W spirtus ).
3.4.Langkah Penelitian
Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.
Langkah – langkah pengambilan data pompa : 1. Alat diatur pada ketinggian head 1,80 m.
2. Uji diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak.
3. Gunakan diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak.
4. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.
5. Mengisi bahan bakar spirtus.
6. Mulai penyalaan pemanas evaporator.
8. Ulangi no 3 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m.
3.5.Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (W p ) dan efisiensi pompa (η pompa ).
Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik debit pompa, daya pemompaan, dan efisiensi pompa.
3.6.Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
a. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.
b. Gelas Ukur Besar Gelas ukur besar dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.
c. Gelas Ukur Kecil Gelas ukur kecil dipakai untuk mengukur volume spritus yang digunakan sebagi bahan bakar pembakaran agar waktu padamnya api sama. d. Ember Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm
2
bervolume 20 cc dengan volume spirtus 100 ml diperoleh data-data pompa seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.10.
Tabel 4.1. Percobaan ke-1 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:00:49 0:01:08 160 0:04:11 0:04:26 330 0:04:30 0:04:43 420 0:05:00 0:08:07 1860 0:08:12 0:27:21 9350
Tabel 4.2 Percobaan ke-2 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:00:38 0:01:01 170 0:03:30 0:03:42 280 0:03:48 0:04:00 360 0:04:26 0:06:44 1360 0:06:50 0:27:12 8140
Tabel 4.3. Percobaan ke-3 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:01:15 0:01:41 160 0:03:24 0:03:34 240 0:04:10 0:25:46 8290
Tabel 4.4. Percobaan ke-4 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:00:41 0:00:57 160 0:03:07 0:03:10 170 0:03:39 0:04:24 440 0:04:28 0:05:04 700 0:05:15 0:07:12 1590 0:07:20 0:28:30 9890
Tabel 4.5. Percobaan ke-5 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:03:44 0:03:45
50 0:04:07 0:04:10
80 0:04:20 0:04:30 120 0:04:55 0:05:10 240 0:05:25 0:05:40 360 0:05:58 0:06:10 770 0:07:20 0:08:17 1000 0:08:33 0:08:42 1120 0:08:55 0:09:09 1190 0:09:21 0:09:40 1300 0:09:58 0:10:50 1580 0:11:22 0:11:25 1640 0:11:42 0:12:40 2000 0:12:50 0:14:09 2500 0:14:16 0:14:20 2560 0:14:30 0:16:36 3240 0:16:44 0:16:48 3300 0:17:02 0:17:36 3460 0:17:45 0:18:30 3580 0:18:38 0:21:42 4700 0:21:50 0:22:54 5000 0:23:00 0:23:30 5200 0:23:38 0:27:50 6600
Tabel 4.6. Percobaan ke-6 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 20 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:00:50 0:01:07 120 0:02:44 0:02:48 200 0:03:24 0:03:32 240 0:03:42 0:04:12 370 0:04:27 0:04:53 500 0:05:10 0:05:27 580 0:05:40 0:05:42 600 0:05:51 0:06:00 660 0:06:16 0:06:22 710 0:06:38 0:06:40 740 0:06:52 0:06:56 780 0:07:06 0:07:10 820 0:07:21 0:07:25 840 0:07:36 0:07:38 880 0:07:45 0:07:47 920 0:08:05 0:08:20 1040 0:08:37 0:09:12 1240 0:09:22 0:09:32 1300 0:09:42 0:09:56 1400 0:10:09 0:10:46 1610 0:11:00 0:11:40 1850 0:11:52 0:12:00 1900 0:12:14 0:12:28 2000 0:12:30 0:13:00 2100 0:13:23 0:13:48 2330 0:13:56 0:13:58 2360 0:14:19 0:14:35 2460 0:14:44 0:14:50 2520 0:15:00 0:15:15 2580 0:15:28 0:16:12 2760 0:16:32 0:18:30 3300 0:18:42 0:19:54 3580 Setelah mengalami beberapa kali pemanasan, evaporator mengalami penggelembungan dan setelah dilakukan pengukuran ulang terhadap volume evaporator, ternyata volumenya naik menjadi 100 cc.
Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:01:44 0:01:50
20 0:01:55 0:02:01 160 0:02:08 0:02:14 200 0:03:36 0:03:38 240 0:04:12 0:04:18 280 0:04:30 0:04:33 340 0:04:50 0:04:54 370 0:05:04 0:04:08 400 0:05:13 0:05:16 440 0:05:27 0:05:35 550 0:05:48 0:05:54 610 0:06:06 0:06:20 780 0:06:31 0:06:35 840 0:06:46 0:06:50 870 0:07:00 0:07:05 940 0:07:22 0:07:26 1000 0:07:38 0:07:41 1060 0:07:51 0:07:53 1090 0:08:04 0:08:08 1140 0:08:22 0:08:24 1180 0:08:36 0:08:38 1220 0:08:55 0:09:00 1340 0:09:14 0:09:18 1380 0:09:28 0:09:34 1460 0:09:44 0:10:04 1600 0:10:18 0:10:25 1700
Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Waktu air mulai keluar Waktu berhenti keluarnya air
Keluaran (ml)
0:10:36 0:10:48 1800 0:10:59 0:10:06 1860 0:11:14 0:11:17 1940 0:11:30 0:11:38 2100 0:12:09 0:12:15 2300 0:12:30 0:12:34 2400 0:12:53 0:12:57 2460 0:13:14 0:13:18 2500 0:13:25 0:13:29 2560 0:13:40 0:13:42 2600 0:14:00 0:14:06 2700 0:14:14 0:14:18 2760 0:14:34 0:13:40 2860 0:14:54 0:15:04 2960 0:15:12 0:15:17 3020 0:15:25 0:15:32 3120 0:15:44 0:15:47 3160 0:15:55 0:16:09 3260 0:16:20 0:16:24 3300 0:16:30 0:16:33 3360 0:16:40 0:16:44 3400 0:16:50 0:16:53 3460 0:17:04 0:17:12 3500 0:17:20 0:17:28 3580 0:17:37 0:17:56 3720 0:18:02 0:18:26 3880 0:18:55 0:19:03 4100 0:19:28 0:19:36 4260 0:19:44 0:19:48 4360 0:20:10 0:20:26 4500 0:20:32 0:20:38 4580 0:20:46 0:21:00 4620
Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Tabel 4.8. Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:01:42 0:02:14 200 0:03:15 0:03:21 240 0:03:36 0:03:40 270 0:04:04 0:04:09 320 0:04:20 0:04:26 410 0:04:49 0:04:53 440 0:05:00 0:05:05 480 0:05:13 0:05:17 500 0:05:32 0:05:44 600 0:05:56 0:06:02 640 0:06:09 0:06:15 700 0:06:24 0:06:35 800 0:07:07 0:07:19 960 0:07:25 0:07:33 1060 0:07:39 0:07:51 1140 0:07:57 0:08:25 1260 0:08:33 0:08:41 1340 0:08:49 0:09:00 1400 0:09:05 0:09:14 1460
Waktu air mulai keluar Waktu berhenti keluarnya air
Keluaran (ml)
0:21:25 0:21:29 4880 0:21:36 0:23:00 5340 0:23:08 0:23:16 5400 0:23:20 0:33:30 9020
Tabel 4.8. Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Waktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
(ml) 0:09:22 0:09:41 1590 0:09:47 0:09:59 1680 0:10:07 0:10:15 1710 0:10:27 0:10:40 1820 0:10:49 0:10:55 1840 0:10:58 0:11:03 1880 0:11:07 0:11:25 1950 0:11:27 0:11:51 2080 0:12:00 0:12:04 2100 0:12:12 0:12:16 2140 0:12:26 0:12:32 2180 0:12:39 0:12:49 2260 0:12:53 0:12:59 2280 0:13:10 0:13:16 2340 0:13:21 0:13:26 2380 0:13:31 0:13:43 2460 0:13:50 0:14:00 2510 0:14:08 0:14:14 2610 0:14:22 0:14:29 2660 0:14:35 0:14:42 2700 0:14:48 0:14:55 2710 0:15:00 0:15:12 2800 0:15:22 0:15:42 2900 0:15:49 0:16:00 2960 0:16:07 0:16:19 3060 0:16:28 0:16:39 3120 0:16:48 0:17:00 3320 0:17:07 0:17:19 3300 0:17:32 0:17:43 3400 0:17:52 0:17:56 3440 0:18:00 0:18:08 3500 0:18:15 0:18:27 3560
Tabel 4.8. Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Waktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
(ml) 0:18:46 0:18:48 3640 0:18:52 0:19:00 3700 0:19:04 0:19:12 3760 0:19:20 0:19:29 3840 0:19:40 0:20:06 3980 0:20:09 0:20:22 4080 0:20:33 0:20:41 4160 0:20:56 0:32:55 7500
Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:02:40 0:02:44 180 0:03:51 0:03:59 280 0:04:12 0:04:18 340 0:04:33 0:04:38 420 0:05:18 0:05:22 440 0:05:29 0:05:35 460 0:05:44 0:05:48 470 0:06:10 0:06:13 500 0:07:40 0:07:53 520 0:08:02 0:08:12 540 0:08:55 0:09:00 580 0:09:22 0:09:24 600 0:09:43 0:09:47 650 0:10:04 0:10:07 680 0:10:26 0:10:29 720 0:10:48 0:10:51 760
Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inhi dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Waktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:11:00 0:11:18 860 0:11:34 0:11:46 980 0:12:02 0:12:12 1060 0:12:18 0:12:22 1100 0:12:35 0:12:37 1140 0:12:55 0:13:04 1220 0:13:16 0:13:25 1350 0:13:38 0:13:38 1380 0:13:54 0:14:05 1540 0:14:18 0:14:21 1580 0:14:35 0:14:48 1600 0:14:54 0:14:57 1700 0:15:04 0:15:09 1740 0:15:25 0:15:27 1780 0:15:36 0:15:38 1820 0:15:47 0:15:50 1860 0:16:02 0:16:05 1920 0:16:20 0:16:26 1940 0:16:32 0:16:34 1960 0:18:26 0:18:27 2040 0:20:29 0:20:38 2120 0:20:49 0:20:54 2150 0:21:25 0:21:30 2200 0:21:53 0:22:00 2260 0:22:08 0:22:10 2340 0:22:38 0:22:42 2380 0:23:04 0:23:12 2400 0:22:16 0:22:19 2480 0:23:33 0:23:35 2580 0:23:46 0:23:51 2590 0:24:02 0:24:08 2660 0:24:25 0:24:30 2760
Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inhi dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )Waktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:25:26 0:25:28 2940 0:25:37 0:25:42 3040 0:25:58 0:26:04 3120 0:26:18 0:26:21 3160 0:26:30 0:26:34 3240 0:26:52 0:27:04 3350 0:27:14 0:27:28 3490 0:27:42 0:27:42 3750 0:27:52 0:27:56 3760 0:28:05 0:28:17 3640 0:28:36 0:28:40 3700 0:29:04 0:29:06 3806 0:29:15 0:29:18 3860 0:29:45 0:29:48 3900 0:30:00 0:30:09 4020 0:30:36 0:30:42 4180 0:31:34 0:31:36 4200 0:32:54 0:34:00 5160
Tabel 4.10. Percobaan ke-10 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 ccWaktu air mulai keluar ( menit )
Waktu berhenti keluarnya air ( menit )
Volume Air Keluaran
( ml ) 0:01:38 0:01:42 180 0:03:22 0:03:30 340 0:03:53 0:03:55 380 0:04:19 0:04:22 430 0:04:53 0:05:02 540 0:05:25 0:05:28 600