Pompa energi termal menggunakan evaparator plat 35 cc - USD Repository
POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN
EVAPORATOR PLAT 35 cc
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
ROBERTUS AGUNG SETIYAWAN
NIM : 075214023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
THERMAL WATER PUMP USING 35 cc PLATE EVAPORATOR
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering Study Program
By :
ROBERTUS AGUNG SETIYAWAN
NIM : 075214023
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi masih banyak daerah tidak bisa menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan sebagai penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di indonesia belum banyak sehingga masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memanfaatkannya secara optimal. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, 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 yaitu: Evaporator pada pompa energi termal terbuat dari plat tembaga dengan luas penampang 9 cm x 9 cm dan volume 35 cc serta tebal plat 0,5 mm. Pada bagian tengah luas penampang disambung atau dilas dengan pipa tembaga dengan diameter 1/2 inci dan panjang 31 cm. Setelah dilakukan beberapa kali percobaan evaporator mengalami kerusakan sehingga volume bertambah menjadi 140 cc.
Pemanas pada pompa energi termal adalah kotak pembakaran yang terbuat dari plat tembaga dengan ukuran 5 cm x 5cm x 5 cm dengan tebal plat 0,5 mm. Pada bagian tengah kotak disambung atau dilas dengan pipa 3/4 inci dengan tujuan kotak pembakaran dapat dilepas dan digunakan pada evaporator jenis lain.
Pompa energi termal pada penelitian ini menggunakan dua pipa osilasi yaitu pipa osilasi dengan diameter pipa 1/2 inci dan 3/8 inci.
Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa energi termal adalah variasi head (head 1,50; head 1,80 dan head 2,50 m), variasi pipa osilasi (pipa osilasi 1/2 inci dan pipa osilasi 3/8 inci) dan variasi jenis evaporator (evaporator 60 cc dan evaporator 70 cc). Selain melakukan pengujian, penelitian juga membandingkan dengan hasil dari penelitian yang pernah dilakukan. Hasil penelitian menunjukkan daya pompa maksimum (Wp) 0.053 watt, debit maksimum (Q) 0.179 (liter/menit), efisiensi pompa maksimum (η pompa) 0.015 %.
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 Plat 35 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. Bapak RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.
5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan
6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.
7. Rekan kerja Nuri Hartarto, Yusup Agus dan Heri 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, 18 Januari 2011 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
TITLE PAGE ............................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................. vi
INTISARI ..................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR .................................................................................. viii
DAFTAR ISI ................................................................................................. x
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xvi
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.l Latar Belakang ................................................................................ 1
1.3 Tujuan Penelitian dan Manfaat Penelitian ...................................... 3
1.4 Batasan Masalah ............................................................................. 4
BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 5
2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ............................................... 5
2.2 Dasar Teori ..................................................................................... 8
BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................ .17
3.1 Deskripsi Alat ................................................................................. 17
3.2 Variabel yang Divariasikan ............................................................. 20
3.3 Variabel yang Diukur ...................................................................... 22
3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 22
3.5 Analisa Data .....................................................................................23
3.6 Peralatan Pendukung ....................................................................... 24
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 25
4.1 Data Penelitian ................................................................................ 25
4.1.1 Data Menggunakan Evaporator 35 cc ................................... 25
4.1.2 Data Pengujian Daya Spirtus ................................................. 51
4.2 Perhitungan Pompa .......................................................................... 51
4.2.1 Data Pengujian Spirtus .......................................................... 53
4.2.2 Data Pengujian Pompa .......................................................... 53
4.3 Pembahasan ..................................................................................... 57
4.3.1 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Dengan Menggunakan Evaporator 35 cc ...............................57
4.3.2 Perbandingan Evaporator 35 cc dengan Evaporator jenis lain................................................................................61
4.3 Model Pompa yang Pernah Dibuat ................................................. 74
BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 76
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 76
5.2 Saran ............................................................................................... 77
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 78
LAMPIRAN ................................................................................................... 80
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.............................. 26Tabel 4.2 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.............................. 29Tabel 4.3 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.............................. 32Tabel 4.4 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.............................. 35Tabel 4.5 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume 35 cc.............................. 38Tabel 4.6 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume 35 cc.............................. 41Tabel 4.7 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Mengalami PerubahanMenjadi 140 cc.......................................................................... 44
Tabel 4.8 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Mengalami PerubahanMenjadi 140 cc.......................................................................... 45
Tabel 4.9 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Mengalami PerubahanTabel 4.10 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Mengalami PerubahanVolume 60 cc......................................................................... 55
Tabel 4.20 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganVolume 70 cc......................................................................... 56
Tabel 4.19 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci denganVolume Mengalami Perubahan Menjadi 170 cc.................... 56
Tabel 4.18 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganVolume 60 cc......................................................................... 56
Tabel 4.17 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganTabel 4.16 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci denganMenjadi 140 cc.......................................................................... 49
Volume Mengalami Perubahan Menjadi 35 cc...................... 54
Tabel 4.15 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganVolume 35 cc......................................................................... 54
Tabel 4.14 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganVolume 35 cc......................................................................... 53
Tabel 4.13 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci denganTabel 4.12 Data Hasil Perhitungan Daya Spirtus..................................... 53Tabel 4.11 Data Pengujian Daya Spirtus.................................................. 51Volume 70 cc......................................................................... 56
Tabel 4.21 Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci denganVolume Mengalami Perubahan Menjadi 160 cc.................... 53
Tabel 4.22 Perbandingan Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 60 cc.............................................................. 63
Tabel 4.23 Perbandingan Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 70 cc.............................................................. 66
Tabel 4.24 Perbandingan Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 135 cc (Dua Pipa Pararel).................................... 73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ................................... 8Gambar 2.2 Dimensi Evaporator .................................................................... 9Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ................................... 10Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ......................... 11Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump ........................................................ 12Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump............................... 13Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump ............................................................ 14Gambar 3.1 Skema Pompa Air Energi Termal ............................................... 17Gambar 3.2 Dimensi Evaporator .................................................................... 18Gambar 3.3 Sistem Saluran Air yang Digunakan UntukPengujian Evaporator ................................................................. 19
Gambar 3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi ................................................. 20Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head ............................................................. 21Gambar 4.1 Evaporator Plat Berpenampang 10 cm x 10 cm denganVolume 60 cc.............................................................................. 55
Gambar 4.2 Evaporator Plat Berpenampang 10 cm x 10 cm denganVolume 70 cc............................................................................. 55
Gambar 4.3 Hubungan Variasi Head dan Pipa Osilasi dengan Daya Pompa..57Gambar 4.4 Hubungan Variasi Head dan Pipa Osilasi dengan Debit Pomp... 58Gambar 4.5 Hubungan Variasi Head dan Pipa Osilasi denganGambar 4.6 Gambar Evaporator plat 60 cc............................................... 61Gambar 4.7 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 60 cc............................................................ 62
Gambar 4.8 Hubungan Debit Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 60 cc ........................................................... 62
Gambar 4.9 Hubungan Efisiensi Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 60 cc............................................................. 63
Gambar 4.10 Gambar Evaporator plat 70 cc.............................................. 64Gambar 4.11 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 70 cc............................................................. 65
Gambar 4.12 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 70 cc............................................................. 65
Gambar 4.13 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator Plat 70 cc............................................................. 66
Gambar 4.14 Evaporator 44 cc (Pipa Tunggal).............................................. 68Gambar 4.15 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Pipa Tunggal)............................................ 68
Gambar 4.16 Hubungan Debit Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Pipa Tunggal)............................................ 69
Gambar 4.17 Hubungan Efisiensi Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Pipa Tunggal)............................................ 69
Gambar 4.18 Evaporator 135 cc (Dua Pipa pararel)...................................... 71Gambar 4.19 Hubungan Daya Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Dua Pipa pararel)......................................72
Gambar 4.20 Hubungan Debit Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Dua Pipa pararel) ...................................... 72
Gambar 4.21 Hubungan Efisiensi Pompa Evaporator Plat 35 cc denganEvaporator 44 cc (Dua Pipa pararel) ...................................... 73
Gambar 4.21 Evaporator dengan Dimensi 70 cm x 70 cm x 3 mm.............................................................................................75BAB 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. Selain untuk kebutuhan sehari-hari (minum, mandi, mencuci, dll), air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik yang sangat berguna untuk kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro.
Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Tetapi itu semua akan menjadi sia-sia jika kita tidak mengolah dengan sebaik-baiknya.
Untuk memanfaatkan air, manusia memerlukan alat bantu yang digunakan untuk mengumpulkan air. Alat bantu yang digunakan beragam, mulai dari timba air yang menggunakan sistem katrol hingga pompa air yang menggunakan listrik untuk menjalankannya. Namun pada jaman globalisasi ini, untuk memudahkan pekerjaan menusia pompa air yang digerakkan dengan energi listrik (motor listrik) lebih banyak digunakan.
Pompa air yang menggunakan energi listrik digunakkan dengan tujuan mempermudah perkerjaan manusia, tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik. Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi
2 Alternatif yang dapat dipakai untuk menggantikan pompa listrik adalah dengan menggunakan pompa air energi termal. Jenis-jenis pompa air energi termal yaitu pompa air energi termal dengan jenis pulsejet (Water Pulse Jet), pompa air energy termal dengan jenis Fluidyn Pump dan pompa air energy termal dengan jenis Nifte Pump.
3
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian :
1. Membuat pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet ).
2. Mengetahui daya pompa air energi termal (Wp) dengan jenis pulsajet (water pulse jet).
3. Mengetahui debit (Q) maksimun yang dihasilkan oleh pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).
4. Mengetahui efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).
5. Membandingakan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 35 cc dengan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 60 cc.
6. Membandingakan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 35 cc dengan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 70 cc.
7. Membandingakan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 35 cc dengan pompa energi termal menggunakan evaporator 44 cc (pipa tunggal).
8. Membandingakan pompa energi termal menggunakan evaporator plat 35 cc dengan pompa energi termal menggunakan evaporator
4 Manfaat penelitian :
1. Menambah kepustakaan atau pengetahuan tentang pompa air energi termal.
2. Dapat dikembangkan dimasyarakat luas khusunya pada masyarakat Indonesia.
1.4. Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:
1. Pengambilan semua data dan volume air keluaran diambil saat memulai pembakaran dan setiap air mulai keluar sampai air berhenti selanjutnya sampai api padam.
2. Rugi-rugi gesekan, belokan dan kekentalan fluida dalam plat diabaikan.
3
3. Massa jenis air diasumsikan 1000 kg/m
4. Panas jenis air diasumsikan 4192,47 J/kg °C
5. Panas yang dihasilkan spirtus dianggap diserap sempurna oleh air.
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 atau 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 “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal 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 % ( Yulia Venti Yoanita, 2009 ).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, efisiensi pompa (η pompa ) maksimum 0.060 % 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 (Mohammad Suhanto, 2009).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa (η pompa ) maksimum 0.213 %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran 0 ºC dengan pendingin udara (Triyono Setiyo Nugroho, 2009).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 4 Pipa Pararel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.136 watt, efisiensi pompa (η pompa ) maksimum 0.026 %, dan debit (Q) maksimum 0.461 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.8 m (Leo Sukoto, 2010).
Selanjutnya pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 2 Pipa Pararel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.144 watt, efisiensi pompa (η pompa ) maksimum 0.029 %, dan debit (Q) maksimum 0.588 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.5 m (Sukmarta 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 2.2, 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 Pulse Jet( Sumber : Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)
Gambar 2.2 Dimensi Evaporator( Sumber : Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)
Keterangan Gambar 2.1 :
1. Tuning pipe 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( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of Thomas Smith )
Keterangan bagian-bagian pulse jet :
1. Fluida air
5. Tuning pipe
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, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pada saat pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap bertekanan 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 tetapi siklus ini berlangsung cepat. Pompa ini dilengkapi dengan dua buah 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( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid
Piston Engines of Thomas Smith )
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. Tuning pipe
Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump( Sumber : Liquid Piston Stirling Engines of Van Nostrnad Reinhold Publishing )
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.
Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump
Gambar 2.6
( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston
Engines of Thomas Smith )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.
2.3 Penerapan Rumus
Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :
V Q = (ml/detik) …..................... (2.1) t ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)
Dengan: V : volume air keluaran (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)
Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan :
W g Q H
. . . (watt) …..................... (2.2)
= ρ P ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)
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 :
(watt) . . t T c m
W p spirtus
∆ =
…..................... (2.3)
( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)
Dengan : m air : massa air yang dipanasi (kg) (watt) C p : panas jenis air (J/Kg ºC)
T : kenaikan temperatur (
o
C) t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik) 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 :
…..................... (2.4)
( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)
Dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)
% 100
Wspritus P W pompa
= η
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Gambar 3.1 Skema Pompa 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
4. Katup hisap
9. Kran pipa osilasi 3/8 inci
19
1
9 cm 9 cm
2
3 Gambar 3.2 Dimensi Evaporator Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama yaitu:
1. Evaporator yang digunakan terbuat dari plat tembaga dengan penampang 9 cm x 9 cm dan volume 35 cc.
2. Kotak pemanas atau pembakaran yang terbuat dari plat tembaga sebagai tempat bahan bakar spirtus yang berbentuk balok dengan ukuran 5 cm x 5cm x 5 cm.
3. Pipa tembaga sebagai tempat masukknya air dan sebagai tempat kotak pemanas.
20
Gambar 3.3. Sistem Saluran Air yang Digunakan Untuk Pengujian Evaporator3.2 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:
3
1 a. Variasi diameter pipa osilasi ( dan / inchi ).
/
8
2 b. Variasi ketinggian head ( 1,50 ; 1,80 dan 2,50 m ).
Variasi untuk pipa osilasi dilakukan dengan cara membuka dan menutup kran air yang terdapat pada saluran sistem osilasi. Sedangkan untuk variasi ketinggian, dilakukan dengan cara menyambung dan melepas pipa.
21
Gambar 3.4. Variasi Diameter Pipa Osilasi22
3.3 Variabel yang Diukur
Variabel-variabel yang diukur antara lain :
a. Waktu (t)
b. Volume (V) Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa
(η pompa) serta daya spirtus (W spirtus).
3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data
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 1,8 m.
2. Percobaan pertama pipa osilasi dengan diameter 1/2 inchi.
3. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.
4. Mengisi bahan bakar spirtus.
5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.
6. Mencatat waktu serta volume air yang dihasilkan pompa.
7. Ulangi no 2 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan diameter pipa osilasi 3/8 inchi.
23
8. Uji diameter pipa osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak.
9. Ulangi langkah no. 2-8 pada pengujian selanjutnya menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m dengan diameter pipa osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak (pada pengujian ini yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak adalah pipa osilasi 3/8 inci).
10. Ulangi kembali langkah no. 2-8 menggunakan head 1,8 m dengan pipa osilasi yang mengahasilkan volume air keluaran terbanyak.
3.5 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) yang didapat dari percobaan digunakan untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Dengan mengetahui hasil perhitungan debit aliran (Q) dan tinggi head (H) maka dapat menghitung daya pompa (W
p
) dan efisiensi pompa (η
pompa ).
Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.
24
3.6 Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
a. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mulai mengalir sampai air berhenti mengalir.
b. Gelas Ukur Keluaran Air Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari dari hasil pemompaan c. Gelas Ukur Spritus
Gelas ukur kecil dipakai untuk mengukur volume spritus yang digunakan sebagi bahan bakar.
d. Ember Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Data pengujian yang didapat terdiri dari data hasil pengujian evaporator dan data hasil pengujian spritus. Berikut data-data yang didapat:
4.1.1. Pengambilan Data Menggunakan Evaporator Plat 35 cc
Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator plat 35 cc dengan jarak pembakaran 25 mm dan volume spirtus 100 ml diperoleh data-data pompa pada tabel 4.1 sampai dengan
tabel 4.10. Pada penelitian ini evaporator mengalami kerusakan sehingga volume evaporator bertambah dari 35 cc menjadi 140 cc. Data yangmenunjukan perubahan volume evaporator seperti pada tabel 4.7 sampai dengan tabel 4.10.
Tabel 4.1 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:01:55 0:02:49 400 0:02:57 0:03:22 530 0:03:38 0:03:45 570 0:04:02 0:04:10 600 0:04:25 0:04:34 640 0:04:44 0:04:52 670 0:05:00 0:05:06 700 0:05:23 0:05:32 760 0:05:43 0:05:50 780 0:06:00 0:06:08 820 0:06:20 0:06:28 880 0:06:43 0:06:51 920 0:07:00 0:07:06 940 0:07:20 0:07:31 1020 0:07:47 0:07:53 1040 0:08:14 0:08:25 1070 0:08:50 0:09:03 1100 0:09:24 0:09:29 1105 0:10:02 0:10:08 1110 0:10:44 0:10:55 1120 0:11:38 0:12:05 1200 0:12:29 0:12:43 1260 0:12:58 0:13:11 1280 0:13:22 0:13:34 1320 0:13:55 0:14:02 1340 0:14:32 0:14:54 1420 0:15:27 0:15:36 1440 0:15:55 0:16:07 1480 0:16:23 0:16:40 1520 0:16:55 0:17:03 1560 0:17:16 0:17:23 1580 0:17:40 0:17:53 1640 0:18:11 0:18:17 1670
Tabel 4.1 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:19:02 0:19:08 1780 0:19:26 0:19:35 1800 0:19:51 0:19:58 1820 0:20:17 0:20:23 1850 0:20:36 0:20:44 1880 0:20:58 0:21:05 1900 0:21:32 0:21:42 1920 0:21:53 0:22:02 1950 0:22:14 0:22:21 1970 0:22:37 0:23:10 2140 0:23:33 0:23:41 2160 0:23:50 0:23:57 2200 0:24:11 0:24:19 2250 0:24:34 0:24:44 2300 0:24:50 0:24:55 2320 0:25:04 0:25:11 2340 0:25:19 0:25:24 2360 0:25:39 0:25:47 2400 0:25:56 0:26:03 2480 0:26:12 0:26:20 2490 0:26:29 0:26:38 2500 0:26:52 0:27:00 2505 0:27:16 0:27:24 2540 0:27:40 0:27:56 2580 0:28:04 0:28:10 2600 0:28:20 0:28:28 2650 0:28:43 0:28:50 2680 0:29:03 0:29:10 2700
Tabel 4.1 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:29:28 0:29:35 2720 0:29:52 0:30:01 2770 0:30:11 0:30:18 2800 0:30:33 0:30:38 2840 0:30:52 0:30:59 2850 0:31:11 0:31:18 2870 0:31:36 0:31:44 2900 0:31:51 0:31:59 2910 0:32:11 0:32:21 2970 0:32:38 0:32:44 2990 0:33:04 0:33:20 3100
Tabel 4.2 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:01:50 0:02:01 200 0:02:47 0:03:08 220 0:03:39 0:03:46 290 0:04:48 0:05:00 320 0:06:09 0:06:22 360 0:06:44 0:06:50 370 0:07:10 0:07:15 380 0:07:33 0:07:40 390 0:08:50 0:08:57 500 0:09:04 0:09:10 540 0:09:28 0:09:34 580 0:09:40 0:09:47 610 0:10:04 0:10:10 650 0:10:21 0:10:26 670 0:10:40 0:10:48 700 0:11:05 0:11:25 760 0:11:30 0:11:35 780 0:12:00 0:12:07 810 0:12:13 0:12:19 830 0:12:32 0:12:38 860 0:12:46 0:12:52 900 0:13:00 0:13:05 920 0:13:24 0:13:30 970 0:13:42 0:13:48 1000 0:13:57 0:14:03 1020 0:14:23 0:14:30 1060 0:14:39 0:14:44 1100 0:15:04 0:15:11 1120 0:15:28 0:15:35 1160 0:15:49 0:15:59 1200 0:16:14 0:16:25 1240 0:16:34 0:16:41 1280 0:16:48 0:16:53 1300
Tabel 4.2 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:17:14 0:17:19 1360 0:17:35 0:17:43 1380 0:17:54 0:18:02 1420 0:18:16 0:18:23 1450 0:18:49 0:18:57 1480 0:19:16 0:19:22 1520 0:19:41 0:19:48 1540 0:19:56 0:20:02 1570 0:20:10 0:20:18 1620 0:20:27 0:20:30 1660 0:20:40 0:20:45 1680 0:20:56 0:21:00 1710 0:21:14 0:21:22 1740 0:21:28 0:21:35 1750 0:21:54 0:21:58 1760 0:22:08 0:22:15 1780 0:22:23 0:22:28 1800 0:22:40 0:22:44 1820 0:22:58 0:23:02 1840 0:23:15 0:23:20 1850 0:23:35 0:23:40 1860 0:24:00 0:24:06 1880 0:24:22 0:24:25 1890 0:24:43 0:24:58 1980 0:25:10 0:25:19 2060 0:25:27 0:25:34 2080 0:25:41 0:25:46 2100 0:26:00 0:26:07 2140 0:26:19 0:26:33 2200 0:26:53 0:27:00 2240 0:27:16 0:27:22 2280 0:27:32 0:27:37 2300 0:27:48 0:27:52 2310
Tabel 4.2 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:28:14 0:28:20 2360 0:28:38 0:28:45 2380 0:28:54 0:29:00 2400 0:29:07 0:29:11 2410 0:29:33 0:29:38 2420 0:29:53 0:30:03 2460 0:30:18 0:30:25 2480 0:30:39 0:30:44 2500 0:30:54 0:31:02 2560 0:31:09 0:31:13 2580 0:31:20 0:31:26 2620 0:31:46 0:31:55 2680 0:32:11 0:32:16 2700 0:32:24 0:32:29 2720 0:32:49 0:32:58 2760 0:33:04 0:33:10 2800 0:33:19 0:33:24 2820 0:33:30 0:33:38 2860 0:33:49 0:33:54 2900 0:34:05 0:34:10 2910 0:34:30 0:34:33 2920 0:34:55 0:35:01 2970 0:35:16 0:35:22 3000 0:35:35 0:35:44 3040 0:35:54 0:36:00 3070 0:36:13 0:36:19 3100 0:36:34 0:36:42 3140 0:36:51 0:36:56 3170
Tabel 4.3 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:01:33 0:01:45 200 0:04:07 0:04:12 260 0:04:36 0:04:43 290 0:04:59 0:05:11 400 0:05:26 0:05:32 440 0:05:38 0:05:43 480 0:05:54 0:06:02 540 0:06:13 0:06:23 640 0:06:41 0:06:47 660 0:06:55 0:07:00 700 0:07:17 0:07:21 720 0:07:32 0:07:38 760 0:07:53 0:08:00 800 0:08:12 0:08:28 980 0:08:40 0:08:53 1100 0:09:03 0:09:26 1260 0:09:36 0:09:43 1300 0:09:56 0:10:01 1320 0:10:17 0:10:27 1360 0:10:34 0:10:44 1420
Tabel 4.3 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:10:56 0:11:20 1540 0:11:30 0:11:41 1580 0:11:48 0:11:56 1620 0:12:03 0:12:10 1660 0:12:19 0:12:25 1700 0:12:43 0:12:57 1950 0:13:09 0:13:13 1990 0:13:21 0:13:30 2060 0:13:40 0:13:46 2080 0:13:54 0:14:14 2300 0:14:21 0:14:26 2340 0:14:47 0:14:54 2380 0:15:05 0:15:20 2480 0:15:28 0:15:33 2580 0:15:47 0:15:53 2600 0:16:05 0:16:19 2700 0:16:30 0:16:37 2720 0:16:51 0:17:00 2800 0:17:06 0:17:29 2860 0:17:35 0:17:43 2920 0:18:00 0:18:05 2940 0:18:18 0:18:22 2950 0:18:32 0:18:49 3040 0:19:00 0:19:46 3400 0:19:59 0:20:23 3600 0:20:39 0:20:47 3650 0:20:53 0:21:00 3700 0:21:30 0:21:48 3760 0:21:59 0:22:05 3780 0:22:15 0:22:31 3940 0:22:36 0:22:46 3980 0:22:54 0:23:00 4020 0:23:18 0:23:30 4200
Tabel 4.3 Data Pertama Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:24:05 0:24:30 4340 0:24:42 0:24:47 4360 0:25:00 0:25:05 4380 0:25:13 0:25:19 4420 0:25:32 0:25:48 4560 0:25:55 0:26:05 4650 0:26:20 0:26:30 4750 0:26:45 0:27:00 4820 0:27:15 0:27:24 4900 0:27:38 0:27:43 4910 0:27:52 0:28:02 5000 0:28:05 0:28:12 5040 0:28:23 0:28:36 5150 0:28:49 0:28:54 5180 0:29:04 0:29:13 5280 0:29:29 0:29:35 5300 0:29:46 0:29:53 5360 0:30:07 0:30:14 5380 0:30:19 0:30:25 5400 0:30:34 0:30:46 5520 0:31:00 0:31:04 5560 0:31:12 0:31:19 5580 0:31:30 0:31:37 5620 0:31:45 0:31:51 5640 0:31:59 0:32:30 5800 0:32:35 0:32:43 5860 0:32:55 0:33:00 5880 0:33:10 0:33:28 5980
Tabel 4.4 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume 35 cc.Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)
0:01:44 0:02:01 200 0:03:20 0:03:28 260 0:03:52 0:04:00 320 0:04:16 0:04:23 360 0:05:04 0:05:10 380 0:05:17 0:05:20 400 0:05:43 0:05:51 500 0:06:28 0:06:38 640 0:07:11 0:07:20 700 0:07:25 0:07:33 780 0:07:49 0:07:53 800 0:08:16 0:08:21 840 0:08:43 0:08:50 940 0:09:04 0:09:10 960 0:09:18 0:09:30 1080 0:09:46 0:09:51 1100 0:10:02 0:10:15 1240 0:10:22 0:10:27 1260 0:10:40 0:10:45 1270 0:10:54 0:11:12 1440 0:11:30 0:11:34 1460 0:11:44 0:11:50 1480 0:12:02 0:12:06 1490 0:12:19 0:12:30 1600 0:12:58 0:13:08 1680 0:13:17 0:13:25 1730 0:13:34 0:13:42 1780 0:13:52 0:14:08 1870 0:14:11 0:14:17 1900 0:14:31 0:14:37 1940 0:14:47 0:14:53 1980 0:15:11 0:15:23 2000 0:15:33 0:15:35 2140
Tabel 4.4 Data Kedua Hasil Pemompaan Pada Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci danHead 1,8 m dengan Volume 35 cc. (Lanjutan)
Waktu (menit) Air Mulai Keluar Air Berhenti Keluar Volume Air Keluar (ml)