Unjuk kerja pompa air energi termal fluida kerja dietil eter menggunakan pemanas air.

(1)

INTISARI

Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup untuk makhluk hidup. Pompa termal adalah cara alternatif untuk memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas paralel dengan pemisah uap, meneliti debit pompa, daya pompa, dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah temperatur pada pemanas air 600C, 550C, 500C, bukaan katup penampung dietil eter 1 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 20 detik,bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 10 detik, Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa, air keran dengan udara alami, air dari hasil pompa, air keran dengan udara kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm. Parameter yang diukur temperatur air di bagian dasar, temperatur air dibagian tengah, temperatur di bagian pipa saluran fluida kerja yang masuk ke pemanas, temperatur di bagian pipa keluarnya uap fluida kerja dari pemanas, waktu pemanasan, waktu pemompaan, tekanan pada tabung tekan air, tekanan pada tabung tekan udara, dan volume dari hasil pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian hasil didapat pada debit pemompaan maksimum 7,43 liter / mnt, daya pemompaan maksimum 3,89 watt didapat pada variasi temperatur 600C ketinggian tabung penekan udara 140 cm, bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik, dan efisiensi pompa maksimum 21,776 % didapat pada variasi pendinginan udara alami di 2 tabung tekan, bukaan 0,5 putaran selama 10 detik, 600C temperatur di evaporator.

(2)

ABSTRACT

Water is a basic requirement to ensure the survival of life. Thermal pump is an alternative way to get water. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with nine parallel heating pipes with steam separators, to measure pump discharge, to count pump power, and to find maximum pump efficiency. The working fluid of the thermal pump is diethyl ether. The varying parameters are the temperature on the water heater 600C, 550C, 500C, 15 seconds diethyl ether full valve opening, 20 seconds diethyl ether half valve opening, 15 seconds diethyl ether half valve opening, 10 seconds diethyl ether half valve opening, condenser cooling using water from the pump, condenser cooling using tap water and natural air, condenser cooling using tap water and fan, condenser cooling using fan only, natural air cooling, 2 tubes of air pressure with 170 cm water level, 1 tube of air pressure with 170 cm water level, 2 tubes of air pressure with 140 cm water level. Measurable parameters are the water temperature at the base, the temperature of water in the middle, the temperature inlet heater pipe of the working fluid, the temperature outlet heater pipe of the working fluid, heating time, pumping time, pressure on the tap water tube, the pressure on the air pressed tube, and the volume of the pumping results. The data obtained from the research results are maximum discharge of pumping of 7,43 l/min, the maximum pumping power of 3.89 watts which is obtained at 600C heater, air pressure tube with 140 cm water level, 3/4 valve opening for 15 seconds. The maximum efficiency of the pump is 21.776% which was obtained on air cooling, 2 tube air pressure, 1/2 valve opening for 10 seconds and 600C evaporator temperature.

(3)

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL

FLUIDA KERJA DIETIL ETER MENGGUNAKAN PEMANAS

AIR

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Teknik Mesin

Oleh :

BAGAS WARAS HARTANTO NIM : 115214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(4)

PERFORMANCE OF DIETHYL ETHER WORKING FLUID

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING WATER

HEATER

THESIS

Presented as partitial fulfilment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

Presented by

BAGAS WARAS HARTANTO Student Number : 115214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2015

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

vii

INTISARI

(10)

viii

ABSTRACT

Water is a basic requirement to ensure the survival of life. Thermal pump is an alternative way to get water. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with nine parallel heating pipes with steam separators, to measure pump discharge, to count pump power, and to find maximum pump efficiency. The working fluid of the thermal pump is diethyl ether. The varying parameters are the temperature on the water heater 600C, 550C, 500C, 15 seconds diethyl ether full valve opening, 20 seconds diethyl ether half valve opening, 15 seconds diethyl ether half valve opening, 10 seconds diethyl ether half valve opening, condenser cooling using water from the pump, condenser cooling using tap water and natural air, condenser cooling using tap water and fan, condenser cooling using fan only, natural air cooling, 2 tubes of air pressure with 170 cm water level, 1 tube of air pressure with 170 cm water level, 2 tubes of air pressure with 140 cm water level. Measurable parameters are the water temperature at the base, the temperature of water in the middle, the temperature inlet heater pipe of the working fluid, the temperature outlet heater pipe of the working fluid, heating time, pumping time, pressure on the tap water tube, the pressure on the air pressed tube, and the volume of the pumping results. The data obtained from the research results are maximum discharge of pumping of 7,43 l/min, the maximum pumping power of 3.89 watts which is obtained at 60oC heater, air pressure tube with 140 cm water level, 3/4 valve opening for 15 seconds. The maximum efficiency of the pump is 21.776% which was obtained on air cooling, 2 tube air pressure, 1/2 valve opening for 10 seconds and 60oC evaporator temperature.

(11)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Skripsi ini dilaksanakan untuk memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan skripsi. 5. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah

memberikan bimbingan dan pengarahan dalam proses penelitian.

6. Tri Hermanto dan Kusmeinanik selaku Bapak dan Ibu saya yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

7. Alva Aditya Hermawan selaku saudara kandung saya yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya skripsi ini. 8. Antonius Putra Wahyudi, Candra Dwi Wichaksana, Deni Sulistiyawan,

selaku rekan kelompok saya, yang telah membantu dalam perancangan, dan pembuatan skripsi.

9. Saudara-saudara yang senantiasa membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

(12)

10. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Yogyakarta.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran dari berbagai pihak demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga skripsi ini memberikan manfaat untuk kita semua.

Yogyakarta, 23 Juni 2015 Penulis

(13)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……….………... i

TITLE PAGE ………...….. ii

HALAMAN PENGESAHAN………...……. iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ………...…….... iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI...………...…...….... v

LEMBAR PUBLIKASI ………...…. vi

INTISARI ... vii

ABSTRACT...………..………...………...…..……... viii

KATA PENGANTAR …………....…...………..…...……... ix

DAFTAR ISI... xi

DAFTAR GAMBAR...…... xiii

DAFTAR TABEL...………... xvi

BAB I PENDAHULUAN …... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan dan Manfaat... 4

1.4 Batasan Masalah... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6

2.1 Dasar Teori... 6

2.2 Persamaan Yang Digunakan... 8

2.3 Penelitian Sebelumnya... 11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 13

3.1 Skema Alat Penelitian... 13

3.2 Variabel Yang Divariasikan... 16

3.3 Variabel Yang Diukur... 27

(14)

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 30

4.1 Hasil Penelitian... 30

4.2 Pembahasan…... 43

BAB V PENUTUP... 55

5.1 Kesimpulan... 55

5.2 Saran... 56

DAFTAR PUSTAKA ... 57

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Skema alat penelitian... 13

Gambar 3.2 Skema pemisah uap... 15

Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja mengalir... 19

Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran... 19

Gambar 3.5 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran... 20

Gambar 3.6 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran... 20

Gambar 3.7 Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja Dietil Eter belum dibuka... 21

Gambar 3.8 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja Dietil Eter... 22

Gambar 3.9 Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara... 23

Gambar 3.10 Variasi menggunakan 2 tabung tekan udara... 23

Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas... 24

Gambar 3.12 Pendinginan kondensor menggunakan udara alami... 24

Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan... 25

Gambar 3.14 Ketinggian air 140 cm pada tabung penekan... 25

Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan... 26

Gambar 3.16 Ketinggian pipa buang (head pump) 320 cm... 26

Gambar 3.17 Posisi termologger dan manometer... 28

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 43

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 44 Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi temperatur 600C, 550C,

(16)

xiv

putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 44 Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan

perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara... 46 Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi lama bukaan katup

dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara... 46 Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup

dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara... 47 Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasipendinginan fluida kerja

dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter... 49 Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi pendinginan

fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter... 49 Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi pendinginan fluida

kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup

(17)

xv Gambar 4.10

Gambar 4.11

Gambar 4.12

fluida kerja dietil eter... Grafik perbandingan debit pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran... Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran... Grafik perbandingan efisiensi pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...

Gambar L.1 Alat penelitian pompa air energi termal... ₅₈

Gambar L.2 Pemanas fluida kerja... ₅₈

Gambar L.3 Tabung pemisah uap... ₅₈

Gambar L.4 Kondensor... ₅₉

Gambar L.5 Tabung penampung dietil eter... ₅₉

Gambar L.6 Tabung tekan air... ₅₉

Gambar L.7 Tabung tekan udara... ₅₉

Gambar L.8 Pompa benam... ₆₀

Gambar L.9 Thermologger... ₆₀

Gambar L.10 Manometer... ₆₀

(18)

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi temperatur pada evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan

500C... 33 Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup

fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran

katup... 33 Tabel 4.3 Data penelitian dengan variasi pendinginan pada

kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara

kipas, dan pendinginan dengan udara alami... 34 Tabel 4.4 Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan

seperti menggunakan 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung

penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m... 35 Tabel 4.5 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi

temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan

menggunakan 2 tabung udara... 41 Tabel 4.6 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi

lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600c, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2

(19)

xvii

tabung udara... 41 Tabel 4.7 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi

fluida kerja penuh di kondensor pemanas terisi udara, head pemompaan 2,35 meter dengan menggunakan 1

tabung udara... 42 Tabel 4.8 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi

fluida kerja penuh di kondensor, pemanas terisi udara, head pemompaan 1,35 meter dengan menggunakan 1

tabung udara... 42 Tabel 4.9 Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan

500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan

3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 43 Tabel 4.10 Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan

perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara...

45 Tabel 4.11 Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja

dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter...

48 Tabel 4.12 Perbandingan pada variasi penggunaan dan ketinggian

air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup

untuk makhluk hidup, terutama manusia. Manusia sangat bergantung dengan

adanya air. Namun, pada umumnya keberadaan sumber air terletak lebih rendah

dibandingkan dengan tempat penampung yang dikehendaki. Diperlukan suatu alat

untuk mengalirkan dari sumber air menuju tempat penampung yang dikehendaki.

Solusinya adalah dengan pompa air yang merupakan suatu alat untuk

menyalurkan air dari sumber menuju tempat yang diinginkan.

Pompa air yang digunakan dalam kegiatan masyarakat sehari – hari pada umumnya menggunakan pompa air tradisional yang cara penggunaanya kurang

efektif dan sangat tidak efisien, karena masyarakat harus meluangkan waktu dan

tenaga untuk memompa air dari sumbernya. Sedangkan waktu dan tenaga yang

digunakan untuk memompa air dari sumber ke tempat yang diinginkan bisa

digunakan untuk kegiatan yang lain. Di jaman modern ini sudah menggunakan

pompa bertenaga listrik dan pompa berbahan bakar minyak. Namun, penggunaan

pompa listrik atau berbahan bakar minyak tidak selalu tersedia di daerah

terpencil. Masih banyak di wilayah Indonesia yang kesulitan dalam memperoleh

listrik maupun bahan bakar minyak, karena sulitnya medan untuk dijangkau

(21)

sangat menghambat masyarakat di daerah terpencil untuk memperoleh kebutuhan

air. Pemanfaatan sumber energi fosil yang terus menerus akan menjadi masalah

krisis energi yang mengakibatkan kesulitan manusia akan kebutuhan energi di

masa mendatang.

Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan

memanfaatkan energi termal. Energi termal adalah energi yang berasal dari panas,

energi tersebut bisa didapat dari berbagai cara antara lain seperti panas yang

berasal dari kompor (listrik atau bahan bakar minyak), energi surya, energi panas

bumi, dan lain–lain. Energi surya adalah salah satu energi alternatif untuk diaplikasikan sebagai sumber energi pada pompa air. Untuk memperoleh energi

surya sangat mudah karena energi bebas yang terdapat di daerah terpencil maupun

di kota terutama letak strategis dari Negara Indonesia yang berada di iklim teropis.

Pada penelitian ini pemanfaatan energi surya dengan menggunakan sel surya.

Namun, masih mahalnya alat sel surya dan merupakan teknologi yang tinggi

untuk masyarakat, terutama seperti Indonesia penerapan sel surya pun sangat

terbatas. Sehingga penelitian ini menggunakan pemanas air sebagai media untuk

menguapkan fluida kerja. Sebagai pemanas untuk memanaskan pemanas air ini

menggunakan pemanas listrik, yang bertujuan agar suhu pada sumber pemanas

dapat diatur.

1.2Perumusan Masalah

Penelitian ini menggunakan media pemanas berupa kompor listrik untuk

(22)

untuk pemompaan. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Saat proses

penguapan, tekanan pada fluida menjadi meningkat, meningkatnya tekanan

digunakan untuk mengalirkan air dari pompa ke tempat air tersebut diperlukan.

Ketika proses pengembunan tekanan fluida kerja akan turun, penurunan tekanan

fluida digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke dalam pompa air.

Proses penguapan fluida kerja memerlukan pemanasan yang berasal dari energi

surya sedangkan proses pengembunan memerlukan pendinginan yang dilakukan

oleh fluida pendingin seperti air maupun udara. Unjuk kerja dari pompa

ditentukan dari kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja yang

ditentukan dari sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta beban

pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini sebagai berikut:

 Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat mudah menguap serta mudah untuk diembunkan kembali. Fluida kerja yang digunakan adalah

dietil eter yang mempunyai titik didih 34-360C dan berat jenis 0.713

gr/ml.

 Jumlah massa fluida kerja mempengaruhi dalam sistem pemompaan. Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida

kerja yang digunakan dietil eter terhadap unjuk kerja pompa air dengan

sistem termodinamik.

 Beban head pemompaan mempengaruhi kecepatan penguapan fluida kerja sehingga berpengaruh pada unjuk kerja pompa yang dihasilkan. Penelitian

(23)

ini akan meneliti pengaruh beban pemompaan pada unjuk kerja pompa air

sistem termodinamik.

 Penelitian ini akan meneliti pengaruh dari volume udara tekan dengan jumlah yang berbeda yang terkompresi di tabung udara tekan terhadap

unjuk kerja pompa air sistem termodinamik.

1.3Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang diinginkan dalam penelitian ini:

1. Membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas

paralel dengan pemisah uap.

2. Meneliti debit pemompaan maksimum.

3. Meneliti daya pemompaan maksimum.

4. Meneliti efisiensi pompa maksimum.

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi termal.

2. Hasil penelitian diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe

dan produk teknologi pompa air energi termal yang dapat diterima

masyarakat dan meningkatkan kesejahteraan.

3. Hasil penelitian dapat dibandingkan dengan penelitian yang lain.

4. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan energi listrik

(24)

1.4Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan tiga

pemanas yang tersusun paralel dan menggunakan tabung pemisah uap.

2. Kalor laten dietil eter adalah 360,23 kJ/kg. Kalor laten digunakan dalam

perhitungan daya pemanas.

3. Variasi yang dibandingkan adalah jumlah tabung udara tekan dengan 2

tabung dan 1 tabung, bukaan katup eter, pendinginan dietil eter pada

kondensor, dan lama waktu bukaan pada katup dietil eter.

(25)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Energi surya dapat digunakan sebagai sumber energi panas untuk

pemanasan pompa air energi termal. Pompa energi termal umumnya terdiri dari

beberapa komponen, seperti penggerak pompa air, saluran hisap, evaporator, dan

saluran tekan. Pada umumnya pompa air energi termal terdiri dari tiga jenis, yaitu

fluidyn pump, nifte pump, dan (water pulse jet) atau pulsa jet. Pengelompokan

metode untuk pemanfaatan energi surya agar menghasilkan energi mekanik, yaitu:

metode termodinamik dan metode konversi. Pada metode termodinamik, kolektor

termal baik jenis plat datar maupun fokus sebagai alat utama sebagai alat

pengumpulan energi termal. Energi termal ini yang digunakan untuk menaikan

temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan tekanan, serta temperatur

tinggi ini yang dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik. Energi

mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggunakan pompa air

konvensional (dengan siklus Brayton atau Stirling, dan siklus Rankine) maupun

pompa air dengan desain khusus. Pada pompa air dengan desain khusus dapat

dikelompokan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu

berpendingin udara atau media pendingin air. Metode konversi langsung energi

surya dikonversikan menjadi energi listrik dan energi listrik yang dihasilkan

digunakan untuk menggerakan pompa. Pengkonversian energi surya ke listrik

(26)

Komponen utama sistem pompa air energi termal pada umumnya adalah

penggerak pompa air, kondensor, evaporator, saluran tekan serta saluran hisap.

Pompa air yang digunakan adalah jenis pompa benam. Prinsip pompa benam

selalu terletak di bawah pemukaan air. Kondensor digunakan untuk

mengefektifkan proses pendinginan, yang dilakukan dengan menggunakan fluida

air, kipas, dan udara. Dalam Penelitian ini kondensor yang digunakan terbuat dari

bahan tembaga yang berbentuk spiral. Pompa air ini terdapat bak penampung

fluida cair dan pemanas fluida kerja yang berguna sebagai penggerak pompa air.

Fluida kerja yang digunakan adalah fluida dietil eter, yang berformula CH3-CH2

-O-CH2-CH3 atau (C2H5)2O, yang mempunyai titik autoignition 160

C, Cp 2,33

kJ/(kg.K), kelarutan dalam air 6,9 g/100 ml pada 200C, kalor laten penguapan

fluida kerja 360,23 kJ/kg, dan titik didih 34-360C.

Prinsip kerja pompa air ini dengan cara memanfaatkan panas dari pemanas

fluida kerja katup penampung fluida kerja cair dibuka. Fluida kerja cair mengalir

ke dalam bagian pemanas yang terbuat dari tembaga berbentuk paralel dan

mengalami kenaikan suhu (titik didih 34-360C) yang kemudian menguap. Uap

akan mendorong dan memberi tekanan melewati kondensor yang terhubung ke

tabung udara tekan. Proses kompresi terjadi di tabung udara ketika uap fluida

kerja terbentuk. Kemudian, air yang berada di pompa benam akan terpompa

selama tekanan di dalam tabung tekan mengalami kenaikan. Air yang berada di

pompa benam akan mengalir ke dalam bak penampung atas. Proses mengalirnya

air dari pompa benam ke bak penampung disebut langkah tekan. Sebagian air di

(27)

Karena kondensor teraliri air maka kondensor mengalami pendinginan sehingga

mengembun. Ketika pengembunan menyebabkan tekanan pada sistem akan turun.

Turunnya tekanan menyebabkan air di dalam sumber air terhisap ke dalam pompa

benam dapat disebut proses hisap. Satu siklus pemompaan terdiri dari satu

langkah tekan dan satu langkah hisap. Siklus pemompaan akan berlangsung terus

selama masih ada persediaan energi panas yang cukup untuk menekan air pada

pompa benam.

2.2 Persamaan yang Digunakan

Diperlukan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja

sistem, di antaranya dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa.

Daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (Soemitro, 1986):

P_pompa



gQH

(1) dengan adalah daya pemompaan, ρ adalah massa jenis air, g adalah percepatan gravitasi

,

Q adalah debit pemompaan

,

H adalah head pemompaan

Daya pemanas merupakan energi yang diperlukan untuk menguapkan

fluida kerja tiap satuan waktu (Cengel, 2008). Daya pemanas dapat dihitung

dengan persamaan berikut:

T hA

Ppemanas  (2)

dengan Ppemanas adalah daya pemanas, h adalah koefisien perpindahan panas, A

(28)

Untuk mencari persamaan h, dibutuhkan persamaan bilangan Nusselt

( ).

Untuk mencari Nu harus diketahui nilai Ra terlebih dahulu. Berikut ini

adalah persamaaan untuk menghitung bilangan Rayleigh (Ra)

(3) dengan adalah bilangan Prandtl, adalah koefisien volume ekspansi temperatur rata-rata kontak pipa, Ts adalah temperatur pipa dan adalah

temperatur evaporator, v adalah kekentalan kinematik fluida, panjang

karakteristik pipa.

Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi luar pipa dapat dihitung dengan persamaan berikut:

{

( )

}

(4)

dengan adalah bilangan Rayleigh, Pr adalah bilangan Prandtl.

Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi dalam pipa dapat dihitung

dengan persamaan berikut:

(5)

Setelah semua bilangan diketahui, selanjutnya mencari nilai h dengan

(29)

(6) dengan  adalah konduktifitas termal, adalah panjang karakteristik pipa dan adalah bilangan Nusselt.

Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan

daya pemanas (Arismunandar, 1995), dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut:

(7)

Kompresi udara tekan merupakan besarnya tekanan yang terjadi akibat

perubahan volume udara pada massa udara tetap dalam tabung udara tekan

(Cengel, 2008). Untuk menghitung kompresi udara tekan menggunakan

persamaan sebagai berikut:

(8) Dengan: p1 adalah tekanan udara awal, p2 adalah kompresi udara tekan, V1 adalah

volume udara awal, dan V2 adalah volume udara akhir.

Efisisensi termal adalah perbandingan antara daya pemanas output dengan

daya pemanas input, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut: % 100 ) ( ) ( _  input pemanas output pemanas termal P P  (9)

(30)

2.3 Penelitian Sebelumnya

Analisa termodinamika untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi

surya termal pada beberapa ketinggian head menunjukkan bahwa jumlah siklus

tiap satu hari tergantung waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan

waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung

pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pendinginan tergantung pada luasan

optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Pompa air energi surya termal

menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja

dipengaruhi debit dan temperatur air pendingin masuk ke kondensor (Sumathy et.

al., 1995). Prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus

Rankin diuji dengan menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 untuk mengetahui

unjuk kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi

surya termal dengan menggunakan kolektor pelat datar seluas 1 m2, pada variasi

head 6, 8, dan 10 m menunjukkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja

berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian pompa air

energi surya termal dengan menggunakan metode matematis menunjukkan unjuk

kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus yang terjadi. Naiknya

temperatur maksimum pemanasan meningkatkan daya pemompaan, sementara

penurunan efisiensi disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan

pengembunan air (Mahkamov, 2005). Penelitian secara teoritis pompa air energi

surya termal dengan menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan dietil eter

menunjukkan bahwa efisiensi pompa dengan fluida kerja lebih tinggi 17%

(31)

surya dengan menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 dengan

fluida kerja dietil eter menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari

tergantung ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42%

(32)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Alat Penelitian

Sistem penggerak pada pompa air energi termal ini memanfaatkan kalor

dari fluida air yang dipanaskan menggunakan kompor listrik sebagai sumber

pemanasnya. Fluida kerja yang dipakai sebagai sumber penggerak pompa adalah

dietil eter. Berikut ini gambar skema yang digunakan ditunjukan pada Gambar

3.1. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.1.

Gambar 3.1 Skema alat penelitian

(33)

1. Pipa tembaga dengan diameter ½ inci yang dirangkai secara paralel dipasang

dengan kemiringan 10° dan fluida kerja air dipanaskan. Foto alat penelitian

ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.2.

2. Bak penampung air dengan kapasitas 90 liter.

3. Tabung pemisah uap terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 10 cm

dan tinggi 15,5 cm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran

gambar L.3.

4. Kondensor yang dibentuk spiral terbuat dari pipa stainless steel diameter ¾ inci

dengan panjang 8 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran

gambar L.4.

5. Penampung fluida kerja cair dengan diameter 15 cm, tinggi 20 cm terbuat dari

stainless steel. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar

L.5.

6. Tabung air tekan, dengan diameter 40 cm, tinggi 100 cm dan terbuat dari plat

baja dengan tebal 1 mm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran

gambar L.6.

7. Tabung tekan udara terbuat dari pipa PVC berdiameter 4 inci, tinggi 2 m. Foto

alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.7.

8. Katup searah pada sisi tekan.

9. Pompa benam, terbuat dari PVC berdiameter 4 inci, panjang 2 m. Foto alat

penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.8.

10.Katup searah pada sisi hisap.

(34)

12.Kipas pada variasi pendinginan kondensor.

13.Alat pengukur tekanan.

14.Katup on / off fluida.

15.Bak penampung air hisap.

16.Untuk mengetahui ketinggian air pada tabung tekan.

Diperlukan seperti tabung pemisah agar mengurangi cairan fluida kerja

cair yang terbawa uap dengan skema sesuai gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema pemisah uap

Sistem kerja alat penelitian ini dimulai dari dipanaskannya pipa tembaga

yang dirangkai secara paralel. Pemanasan fluida air yang dipanasi menggunakan

(35)

pemanasan, fluida kerja dietil eter yang berada di dalam pipa tembaga akan

menguap. Uap fluida kerja tersebut akan masuk ke tabung pemisah fluida kerja.

Di tabung pemisah uap ini, fluida kerja akan dipisah dari yang masih berbentuk

cair dengan yang sudah berbentuk uap. Fluida kerja yang masih berbentuk cair

terdorong sampai tabung pemisah akan dipisah dan fluida kerja yang masih cair

akan kembali ke pemanas. Fluida kerja yang berbentuk uap akan terus menuju ke

kondensor dan selanjutnya uap masuk tabung tekan air yang akan memberi

tekanan di tabung tekan air, air yang berada di tabung tekan air akan memberi

tekanan menuju tabung tekan udara. Di dalam tabung tekan udara, air mengalami

kenaikan dan menyebabkan kompresi. Pada saat udara terkompresi pompa benam

bekerja, katup searah sisi tekan akan terbuka karena mendapat tekanan dan air

terpompa sampai tangki air out put. Saat proses pendinginan menggunakan

beberapa variasi, seperti: pendinginan menggunakan air keran, air hasil

pemompaan, kipas dan udara alami. Suhu pemanasan dijaga agar tidak lebih dari

+60°C. Pada proses pendinginan ini menyebabkan uap fluida kerja mengembun,

ini mengakibatkan tekanan menurun dan air yang berada ditabung tekan udara

menjadi turun. Pada saat penurunan air di tabung tekan udara, katup searah sisi

hisap di pompa benam bekerja dan terjadi proses penghisapan air dari sumur.

3.2Variabel yang Divariasikan

Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Variasi temperatur pemanas air dengan 2 tabung tekan udara pada

(36)

temperatur pemanas air 600C, 550C, 500C, lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

2. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi bukaan katup tabung

penampung dietil eter sebagai berikut :

a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 1 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

b. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

d. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

3. Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa,

(37)

kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami. Dengan 2

tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa

buang 3,20 m, suhu temperatur pemanas air 600C, lama bukaan katup

fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan

saluran tabung tekan atas.

4. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi tabung penekan sebagai

berikut :

a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung

tekan atas.

b. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

tabung tekan atas.

d. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja

dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran

(38)

Variasi bukaan katup fluida kerja dietil eter dijelaskan pada Gambar 3.3,

Gambar 3.4, Gambar 3.5, dan Gambar 3.6.

Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir

Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran

Katup fluida kerja tidak terbuka Tabung penampung

fluida kerja

Tabung penampung fluida kerja

Katup dengan bukaan 0,5 putaran

(39)

Gambar 3.5 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran.

Gambar 3.6 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran.

Pada variasi pemanas dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung

penampung dibuka saat fluida kerja di pemanas sudah habis. Pada variasi

pemanas hanya terisi udara dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung

Tabung penampung fluida kerja

Katup Dengan Bukaan 1 Putaran

Katup dengan bukaan 0,75 putaran

(40)

penampung dibuka saat pipa tembaga di pemanas sudah mencapai suhu 60°C.

Ilustrasi variasi terlihat pada gambar dibawah (Gambar 3.7 dan Gambar 3.8).

Gambar 3.7 Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja

(41)

Gambar 3.8 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja dietil eter.

Variasi 2 tabung tekan udara dengan cara membuka semua katup pada

tabung tekan udara. Untuk variasi 1 tabung tekan udara caranya dengan menutup

2 sisi katup pada salah satu tabung tekan udara, seperti pada gambar di (3.9 dan

(42)

Gambar 3.9 Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara.

(43)

Untuk variasi pendinginan menggunakan udara alami, kipas, dan air hasil

pemompaan dijelaskan pada gambar sebagai berikut :

Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas.

(44)

Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan.

Untuk pengaturan tinggi air pada tabung penekan ditunjukan pada gambar 3.14

dan 3.15.

(45)

Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan.

Untuk ketinggian pipa buang (head pump) ditunjukan pada gambar 3.16.

(46)

3.3 Variabel yang diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Tekanan pada bagian pemanas ( )

2. Tekanan pada bagian tabung air tekan ( )

3. Tekanan pada bagian tabung udara tekan ( )

4. Temperatur bagian bak air pemanas ( )

5. Temperatur bagian tengah air pemanas (

6. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung

pemisah ( )

7. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung

penampung ke pemanas ( )

8. Kenaikan air pada tabung udara tekan (h)

9. Volume pemompaan (v)

10.Waktu pendinginan ( ) 11.Waktu pemompaan ( ) 12.Waktu pemanasan ( )

13.Pada penelitian ini, temperatur dapat diukur dengan

menggunakan termologer, untuk mengetahui volume

menggunakan bak penampung air, sedangkan waktu

menggunakan stopwatch. Foto alat ukur thermologger dan

manometer ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.9

(47)

Gambar 3.17 Posisi thermologger dan manometer

3.4 Langkah Penelitian

Berikut ini adalah langkah - langkah yang dilakukan untuk pengambilan

data penelitian:

1. Persiapan alat-alat dan pembuatan alat.

2. Pengambilan data dimulai dengan pencatatan data, pencatatan data dilakukan

sebelum dan sesudah pengambilan data.

3. Pada variasi temperatur pemanas air, temperatur air diatur + 600C dengan

bukaan katup fluida kerja selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan

saluran tabung tekan atas. Mula-mula dilakukan variasi pengisian fluida kerja

(48)

4. Data yang dicatat adalah tekanan pada bagian pemanas ( ), tekanan pada

bagian tabung air tekan ( ), tekanan pada bagian tabung udara tekan ( ),

kenaikan air pada tabung udara tekan (h), temperatur bagian dasar pada

pemanas ( ), temperatur bagian tengah pada pemanas ( temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah ( ), temperatur

bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas ( ),

volume pemompaan (v), waktu pemompaan ( ), waktu pemanasan

( ) dan waktu pendinginan ( ). Pencatatan data dilakukan

saat akan melakukan pengambilan data.

5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air,

temperatur air diatur + 550C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama

15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.

6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air,

temperatur air diatur + 500C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama

15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.

7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1) sampai

(49)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Berikut data hasil penelitian yang didapat dengan berbagai variasi seperti

variasi temperatur 500C, 550C, dan 600C pada pemanas air dengan 15 detik lama

bukaan katup, ¾ putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m dan

menggunakan 2 tabung penekan. Variasi 20 detik, 15 detik, 10 detik lama bukaan

katup dengan 600C temperatur pada pemanas air, ½ bukaan katup, head

pemompaan 3,2 m dan menggunakan 2 tabung penekan. Variasi pendinginan pada

kondensor seperti menggunakan air hasil pemompaan dengan udara alami, air

hasil pemompaan dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas dan

pendinginan udara kipas, dengan lama bukaan katup fluida kerja 15 detik, ¾

putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m. Variasi 2 tabung penekan dengan

½ bukaan katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan

20 detik lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung

penekan dan 3,2 m head pemompaan. Variasi 1 tabung penekan dengan ½ bukaan

katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan 20 detik

lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung penekan dan

3,2 m head pemompaan.

(50)

Baris

Awal : Kondisi setelah proses pendinginan selesai dan posisi fluida kerja

dietil eter belum masuk ke pemanas. Dapat disebut awal dari proses

tekan maupun akhir dari proses hisap.

Akhir : Kondisi ketika pemompaan selesai. Dilihat dari ketinggian air yang

berada pada tabung udara tekan menurun. Proses ini dapat dikatakan

akhir dari siklus tekan.

Kolom

Termokopel A

: Temperatur air di bagian bak.

: Temperatur di bagian bak penampung air pemanas.

: Temperatur pada bagian pipa yang masuk ke dalam

kondensor.

: Temperatur pada bagian saluran pipa keluar di evaporator.

Termokopel B

: Temperatur output air pendingin.

: Temperatur pada bagian output kondensor.

(51)

: Temperatur pada bagian input air pendingin

: Tekanan udara di pipa pemanas yang terbaca manometer.

: Tekanan udara tabung tekan air yang terbaca

manometer.

: Tekanan tabung tekan udara yang terbaca manometer.

Level Dietil Eter : Ketinggian fluida kerja dietil eter pada tabung air

penekan.

Level air : Ketinggian air pada tabung penekan.

Level bak

penampung bawah

: Ketinggian air pada bak penampung air hisap.

Level Bak Atas : Ketinggian air pada tangki air output.

Lama pemompaan : Waktu untuk keluarnya air pada tangki air output

Lama Pendinginan kondensor

`: Waktu untuk menurunkan suhu yang berada pada

kondensor.

Lama kembali dietil eter

: Waktu untuk kembalinya cairan fluida kerja dietil eter

ke posisi awal

Lama Penghisapan : Waktu penghisapan pada bak air hisap yang mengalir

(52)

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi temperatur pada evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan 500C, bukaan katup fluida dietil eter 0,75, selama 15 detik.

Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran katup, 60 temperatur evaporator.

VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA TEMPERATUR P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

awal 0,08 0,01 0 60 52 28 35 26 25 29 24 97,7 139,5 175 190 0 0 0 0

akhir 0,68 0,52 0,42 62 53 41 44 27 37 37 25 81 225 170,3 209,5 1,32 23,5 23,5 19

awal 0 0 0 55 41 25 30 22 24 27 25 97,5 137 175 190 0 0 0 0

akhir 0,61 0,58 0,42 54 45 42 42 27 37 35 25 80,2 227 169,6 209,6 2,1 27 27 20

awal 0,09 0,03 0,03 50 43 32 35 25 26 32 25 96,8 146 175 190 0 0 0 0

akhir 0,59 0,52 0,43 51 45 40 37 26 35 35 25 79,8 233,5 169,6 212 2,9 27 27 20

Kondisi TEKANAN THERMOKOPEL A(

c) THERMOKOPEL B (0c)

60 0C

55 0C

50 0C

VARIASI BUKAAN LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA

Lama bukaan katup (s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

awal 0,01 0 0 60 54 25 34 22 24 27 25 98,1 130,5 175 190 0 0 0 0

akhir 0,63 0,59 0,42 60 56 41 45 24 35 34 24 80,6 126,5 170,8 210,5 1,37 29 29 26

awal 0,09 0,05 0,02 60 52 30 34 25 24 30 25 97,5 143,3 175 190 0 0 0 0

akhir 0,63 0,59 0,42 59 51 40 43 26 37 35 24 81,6 226 170,8 209 1,38 50 50 42

awal 0,09 0,05 0,02 60 49 30 34 26 25 30 25 97,3 144 175 190 0 0 0 0

akhir 0,6 0,57 0,42 59 49 41 42 27 37 34 25 83 217 171,5 205 1,28 41 41 33

awal 0,09 0,05 0,02 60 53 32 34 26 24 30 24 97,2 145 175 190 0 0 0 0

akhir 0,59 0,55 0,42 60 53 38 43 26 32 34 25 84,3 210,5 172,3 202 1,17 39 39 30

THERMOKOPEL B (0c)

1 15 0,5 0,5 TEKANAN 10 Kondisi 20 0,5 15

THERMOKOPEL A(0c)

(53)

Tabel 4.3 Data penelitian dengan variasi pendinginan pada kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas, dan pendinginan dengan udara alami, bukaan katup fluida 0,75 putaran selama 15 detik.

VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA

Pendinginan Kondensor P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

awal 0,07 0,02 0,02 60 49 32 34 22 22 33 24 97,9 138,7 175 190

akhir 0,62 0,6 0,45 60 48 41 43 25 37 34 25 81,2 227,5 170,4 211,5 1,36 45 45 24

awal 0,1 0,05 0,03 60 38 33 34 24 26 29 25 97,6 142 175 190

akhir 0,61 0,58 0,43 59 34 41 43 25 36 35 25 81,5 228,8 170,5 211,4 1,5 29 29 20

awal 0,1 0,05 0,02 60 28 33 36 27 26 32 25 97,3 147,5 175 190

akhir 0,63 0,38 0,42 59 29 42 43 27 40 38 27 86 227 171 208,5 1,38 94 94 59

awal 0,1 0,05 0,03 60 39 30 35 26 25 30 25 97,8 143 175 190

akhir 0,63 0,58 0,43 60 27 43 44 27 41 40 26 81,8 226 170,4 209,3 1,39 100 100 51

Kondisi TEKANAN THERMOKOPEL A( 0

c) THERMOKOPEL B (0c)

Udara Kipas

Air Pompa, air keran & Udara Kipas Air Pompa, air keran & Udara alami

(54)

Tabel 4.4 Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan seperti menggunakan 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m, bukaan katup fluida 0,5 putaran selama 10 detik.

VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA

Tabung Penekan P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

awal 0,05 0,03 0 60 26 27 35 26 24 32 22 97,3 170 175 190

akhir 0,6 0,53 0,41 61 27 41 44 27 36 35 25 83,1 237,5 171,7 206 1,28 92 92 47

awal 0,08 0,04 0,01 60 45 26 30 26 27 33 26 96,8 142,8 175 190

akhir 0,62 0,58 0,44 59 43 43 43 27 37 36 27 81,2 224,3 170,6 208 1,42 58 58 40

awal 0,1 0,08 0,03 60 51 34 35 25 24 35 24 96,9 171,5 175 190

akhir 0,57 0,54 0,42 59 51 42 43 27 37 36 25 89,9 239,5 173,3 197 1,16 72 72 38

awal 0,07 0,02 0 60 48 26 33 22 24 30 24 97,1 140 175 190

akhir 0,54 0,5 0,41 61 51 41 45 26 36 37 25 88,7 223 173,4 198 1,15 92 92 37

TEKANAN

1 Tabung, Ketinggian air 1,4m 1 Tabung, Ketinggian air 1,7m 2 Tabung, Ketinggian air 1,4m 2 Tabung, Ketinggian air 1,7m

Kondisi THERMOKOPEL A(

c) THERMOKOPEL B (0c)

(55)

Setelah data terkumpul, dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui

unjuk kerja pompa air energi termal mendapatkan data. Perhitungan berikut ini

menggunakan variasi temperatur pada data pertama dalam Tabel 4.1.

Perhitungan pertama adalah menghitung daya pompa. Pada perhitungan

ini menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah sebagai berikut

Head = 3,20 m volair = 9,805liter

= 1000 kg/m3 tpompa = 79,2 detik

g = 9,81 m/det2

Perhitungan daya pompa adalah

Ppompa = g Q H

Ppompa = (1000 kg/m3)(9,81 m/det2)(

) (3,2meter)

Ppompa = 3,88 watt

Perhitungan selanjutnya adalah mengitung daya pemanas. Dalam

perhitungan daya pemanas menggunakan Persamaan (2). Parameter yang didapat

adalah

TA1=Ta1 = 62°C TA4=Te1 = 44°C

TA2=Ta2 =53°C TB3=Te2 = 37°C

(56)

L = 60 cm

Diperlukan sifat-sifat fluida yang digunakan untuk menghitung daya

pemanas adalah bilangan Nusselt, bilangan Prandtl, bilangan Rayleigh dan

koefisien perpindahan kalor perhitungan. Perhitungan bilangan Rayleigh

menggunakan Persamaan (3). Bilangan Nusselt konveksi luar pipa dapat

menggunakan Persamaaan (4) dan untuk bilangan Nusselt konveksi dalam pipa

dapat menggunakan Persamaan (5), Bilangan Prandtl air adalah 127,86 dan fluida

kerja adalah 12,708 diketahui dari tabel (Cangel, 2008). Untuk menghitung

koefisien perpindahan kalor menggunakan Persamaan (6). Setelah semua

sifat-sifat fluida diketahui maka daya pemanas dapat dihitung

Perhitungan bilangan Rayleigh luar pipa adalah

318348,04

Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air ( dan adalah temperatur permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi

Perhitungan bilangan Rayleigh dalam pipa adalah

(57)

392574131

Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air ( dan adalah temperatur permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi

Perhitungan bilangan Nusselt konveksi luar pipa adalah

{

( )

}

{

( )

} =14,096

Perhitungan bilangan Nusselt konveksi dalam pipa adalah

20,93

Perhitungan koefisien perpindahan kalor luar pipa adalah

(58)

(₎

143,68W/m2 °C

Perhitungan koefisien perpindahan kalor dalam pipa adalah

(₎

264,50 W/m2 °C

Setelah nilai sifat-sifat fluida diketahui maka dapat dilakukan perhitungan

daya pemanas. Berikut ini adalah perhitungan daya pemanas

T

hA

P

_pemanas





Ppemanas =(143,677)×(3,14×0,0127× 0,6 ×9) ×(57,5-46,48)

Ppemanas =340,83 watt

Perhitungan selanjutnya adalah menghitung efisiensi pompa. Untuk

menghitung efisiensi pompa menggunakan Persamaan (7). Berikut ini adalah

perhitungan efisiensi pompa:

(59)

1,14%

Untuk menghitung kompresi udara tekan digunakan Persamaan (8).

Variabel yang diketahui adalah

1 = 1 bar V2 = 18,88 liter

V1 = liter

Berikut ini adalah perhitunganya

1,36 bar

Sedangkan untuk perhitungan efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan

Persamaan (9) sebagai berikut:

Untuk perhitungan daya pemanas (input)

Diketahui : Power kompor = 900 watt

Jumlah kompor = 3 buah

) (input pemanas

P = 3 x 900 watt

) (input pemanas

P = 2700 watt

% 100 ) ( ) ( _  input pemanas output pemanas termal P P 

(60)

% 100 watt 2700 watt 340,83 _  termal 

%

62 ,

12 

termal



Menggunakan perhitungan yang sama seluruh data penelitian dihitung

dengan Persamaan (1) sampai Persamaan (9). Hasil perhitungan dari semua

variasi yang diteliti, disajikan dalam bentuk tabel (4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8)

Tabel 4.5 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

Tabel 4.6 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara

VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) TEMPERATUR KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan

awal 25,81

akhir 18,88 7,43 3,89 1,14 12,62 340,83 1,32 24

awal 26,01

akhir 18,72 4,76 2,49 1,37 6,74 182,00 2,10 27

awal 25,28

akhir 18,19 3,44 1,80 0,92 7,29 196,76 2,90 27 Kondisi

60 0c 15 0,75 55 0c 15 0,75 50 0c 15 0,75

VARIASI BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) Lama bukaan katup (s) KATUP _{Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan}

awal 26,54

akhir 26,86 5,67 2,97 0,76 14,46 390,44 1,37 29 awal 25,50

akhir 18,80 5,63 2,95 0,89 12,19 329,25 1,38 50 awal 25,44

akhir 19,53 5,06 2,65 0,91 10,80 291,48 1,28 41 awal 25,36

akhir 20,06 4,27 2,23 0,62 13,31 359,33 1,17 39 15 ₆₀0

c 0,5 15 60 0c 1

20 60 0c 0,5 Kondisi TEMPERATUR

10 ₆₀0 c 0,5

(61)

42 Tabel 4.7 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi pendinginan fluida kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air

hasil dari pemompaandengan air keran, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

Tabel 4.8 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt)

Pendinginan Kondensor KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan

awal 25,87

akhir 18,68 6,26 3,27 1,12 10,80 291,48 1,36 45

awal 25,61

akhir 18,57 5,55 2,90 3,46 3,11 83,97 1,50 29

awal 25,16

akhir 18,72 5,36 2,81 6,70 1,55 41,87 1,38 94

awal 25,53

akhir 18,80 6,12 3,20 21,78 0,54 14,71 1,39 100

Udara Kipas 15 0,75

Udara Alami 15 0,75

Kondisi

Air Pompa, air keran & Udara alami 15 0,75

Air Pompa, air keran & Udara Kipas 15 0,75

VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt)

Tabung Penekan KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan

awal 23,34

akhir 17,87 4,77 2,50 4,39 10,95 56,86 1,28 92

awal 25,54

akhir 18,94 5,73 3,00 1,53 7,27 196,32 1,42 58

awal 23,22

akhir 17,71 2,71 1,42 0,48 10,69 262,83 1,16 72

awal 25,77

akhir 19,04 2,57 1,35 0,47 2,11 256,45 1,15 92

1 Tabung, Ketinggian air 1,7m 10 0,5

1 Tabung, Ketinggian air 1,4m 10 0,5

Kondisi

2 Tabung, Ketinggian air 1,7m 10 0,5

(62)

4.2 Pembahasan

Berikut ini adalah hasil penelitian yang dibandingkan dengan variasi

lainnya

Tabel 4.9 Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P t t

temp (C) Pompa (ltr/mnt)Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas (watt) Pompa (mnt) pendinginan (mnt)

60 7,43 3,89 1,14 12,62 340,83 1,32 23,50

55 4,76 2,49 1,37 6,74 182,00 2,10 27,00

50 3,44 1,80 0,92 7,29 196,76 2,90 27,00

7,43 4,76 3,44 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

60 55 50

De b it Po mp a ( ltr /mn t)

(63)

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

Hasil penelitian pada gambar 4.1 dan gambar 4.2 terlihat perbandingan

debit, dan daya pompa. Debit pemompaan dan daya pemompaan pada variasi 3,89 2,49 1,80 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

60 55 50

Day a Pom p a (W at t)

Temperatur (0_C)

1,14 1,37 0,92 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

60 55 50

E fi si e n si Po m p a (% )

(64)

terbesar terlihat pada temperatur 600C. Besarnya debit dipengaruhi oleh besarnya

daya pemanas yang diperoleh pada temperatur 600C yaitu sebesar 340,831 watt,

disebabkan temperatur 600C memiliki waktu pemanasan yang lebih lama, waktu

pemompaan lebih cepat dan debit pemompaan lebih besar tetapi hasil

pemompaannya sedikit.

Pada gambar 4.3 terlihat efisiensi tertinggi pemompaan diperoleh pada

temperatur 550C, karena pada temperatur tersebut memiliki daya pemanas dan

efisiensi pemanas yang lebih kecil. Kecilnya daya pemanas dan efisiensi pemanas

disebabkan oleh kecil waktu pemanasan. Daya pompa dipengaruhi oleh debit,

debit lebih besar maka daya pompa juga besar. Sehingga efisiensi yang

dibutuhkan untuk untuk daya pemompaan lebih besar. Tetapi efisiensi besar jika

daya pemanasan kecil, semakin besar temperatur evaporator waktu pemompaan

juga lebih cepat. Namun untuk mengembalikan fluida kerja dietil eter seperti

semula pada temperatur 500C, dan 550C membutuhkan waktu lama dalam

pendinginan daripada temperatur 600C.

Tabel 4.10 Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Volume yg Katup Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Dihisap (ltr)

10 0,5 (10 s) 4,27 2,23 0,62 13,31 359,33 5,00

15 0,5 (15 s) 5,06 2,65 0,91 10,80 291,48 6,48

15 1 (15 s) 5,67 2,97 0,76 14,46 390,44 7,77

20 0,5 (20 s) 5,63 2,95 0,89 12,19 329,25 7,77 Waktu (s)

(65)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

4,27

5,06

5,67 5,63

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

0,5 (10 s) 0,5 (15 s) 1 (15 s) 0,5 (20 s)

Deb it P o mp a (l tr/ mn t)

Lama Bukaan Katup

2,23

2,65

2,97 2,95

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

0,5 (10 s) 0,5 (15 s) 1 (15 s) 0,5 (20 s)

Day a Po m p a (Wat t)

(66)

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Hasil penelitian pada Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan menunjukan bahwa

pada variasi lama bukaan katup debit terbesar terjadi pada lama bukaan 15 detik

dengan 1 putaran. Semakin besar bukaan katup, volume fluida kerja dietil eter

semakin banyak untuk menekan air yang ada pada tabung air tekan. Ini ditunjukan

pada jumlah volume uap fluida kerja dietil eter yang ada pada variasi bukaan 1

putaran katup, 15 detik lama bukaan katup lebih besar dibandingkan dengan

variasi lama bukaan katup yang lain yaitu sebesar 21,98 liter. Besarnya volume

uap fluida kerja dietil eter karena mempunyai daya pemanas sebesar 390,44 watt.

Bukaan katup 1 putaran dengan lama bukaan katup 15 detik sangat

memungkinkan menghasilkan daya pemanas besar, karena bukaan tersebut

memiliki temperatur rata – rata air dan temperatur fluida kerja dietil eter yang 0,62 0,91 0,76 0,89 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

0,5 (10 s) 0,5 (15 s) 1 (15 s) 0,5 (20 s)

ef isi en si P o mp a (%)

(67)

paling besar. Sedangkan untuk daya pemompaan dipengaruhi oleh debit, debit

besar maka daya pemompaan juga besar.

Pada gambar 4.6 menunjukan hasil efisiensi yang tertinggi terjadi pada

bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik, karena perbandingan antara

daya yang diberikan kepada fluida kerja dietil eter dengan daya yang diberikan

dari pemanas. Pada variasi bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik

mempunyai daya pemanas yang sedang, tetapi menghasilkan daya pompa yang

tidak begitu kecil, yang artinya tidak ada pemanas yang terbuang.

Tabel 4.11 Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt)

Pendinginan Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas

Air Pompa, air keran & Udara alami _6,26 _3,27 _1,12 _10,80 _291,48 Air Pompa, air keran & Udara Kipas _5,55 _2,90 _3,46 _3,11 _83,97

Udara Kipas 5,36 2,81 6,70 1,55 41,87 Udara Alami 6,12 3,20 21,78 0,54 14,71

(68)

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasipendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

6,26 5,55 5,36 6,12 4,80 5,00 5,20 5,40 5,60 5,80 6,00 6,20 6,40

Air Pompa, air keran & Udara

alami

Air Pompa, air keran & Udara

Kipas

Udara Kipas Udara Alami

De b it Po m p a (l tr/m n t) Variasi Pendinginan 3,27 2,90 2,81 3,20 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 3,10 3,20 3,30 3,40

Air Pompa, air keran & Udara

alami

Air Pompa, air keran & Udara

Kipas

Udara Kipas Udara Alami

Day a Po m p a (w at t) Variasi Pendinginan

(69)

Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

Hasil penelitian pada Gambar 4.7, dan Gambar 4.8 menunjukan bahwa

untuk debit dan daya pompa pada variasi ini tidak jauh berbeda dengan variasi

sebelumnya yaitu 0,5 putaran 15 detik lama bukaan katup. Perbedaanya adalah

pada jumlah penghisapan, karena dipengaruhi oleh volume sumur. Proses

penghisapan tergantung pada kembalinya eter ke posisi semula yang dipengaruhi

dari proses pendinginan. Untuk debit pompa dan daya pompa terbesar pada variasi

air pompa, air keran dengan udara alami karena mempunyai waktu pompa yang

cepat dengan menghasilkan hisapan pada sumur. Cepatnya penghisapan karena

pada pompa benam memiliki kekosongan volume. Cepatnya pemompaan

disebabkan daya pemanasnya mempunyai nilai yang besar dibandingkan daya

pemanas pada variasi pendinginan yang lain. 1,12 3,46

6,70 21,78 0 5 10 15 20

Air Pompa, air keran & Udara

alami

Air Pompa, air keran & Udara

Kipas

Udara Kipas Udara Alami

E fi si e n si Po m p a (% ) Variasi Pendinginan

(70)

Pada gambar 4.9 menunjukan efisiensi pompa data yang tertinggi terjadi

pada udara alami karena efisiensi pompa berbanding terbalik terhadap efisiensi

termal. Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang diberikan kepada

fluida kerja dengan daya yang diberikan dari pemanas, pada variasi udara alami

memiliki daya pemanas yang paling kecil sehingga efisiensi termal juga kecil.

Sedangkan daya pemanas terbesar pada pendinginan air pompa, air keran dengan

udara alami, karena perpindahan kalor luar dan kalor dalam pipa tersebut

memiliki nilai tinggi. Lamanya pendinginan dietil eter di dalam kondensor terjadi

pada pendinginan udara alami karena pendinginan bertujuan untuk

mengembalikan posisi dietil eter ke posisi awal pemompaan. Dengan

menggunakan udara alami proses perubahan zat uap dietil eter menjadi cair

membutuhkan waktu dengan temperatur udara alami sekitar 320C, sedangkan

dengan menggunakan air dan terkena kipas bisa di bawah temperatur 270C.

Tabel 4.12 Perbandingan pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Volume yg

Tabung Penekan Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Dihisap (ltr)

2 tabung, level air 140 5,73 3,00 1,53 7,27 196,32 8,14

2 tabung, level air 170 4,77 2,50 4,39 2,11 56,86 6,11

1 tabung, level air 170 2,71 1,42 0,48 10,95 295,69 3,15

(71)

Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

5,73

4,77

2,71 _2,57

1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00

2 tabung, level air 140

2 tabung, level air 170

1 tabung, level air 170

1 tabung, level air 140 De b it Po m p a (l tr/m n t)

Variasi Tabung Penekan

3,00

2,50

1,42 _1,35

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

2 tabung, level air 140

2 tabung, level air 170

1 tabung, level air 170

1 tabung, level air 140 Day a Po m p a (w at t)

(72)

Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

Hasil penelitian pada Gambar 4.7, Gambar 4.8 menunjukan bahwa debit,

dan daya pompa terbesar terlihat pada variasi 2 tabung dibandingkan dengan 1

tabung, karena pemompaan dengan 2 tabung mempunyai tenaga yang lebih besar

untuk mengompress udara, tetapi membutuhkan waktu yang lama untuk

pemompaan dibandingkan dengan 1 tabung. Lamanya pemompaan disebabkan

bertambahnya 1 beban tabung penekan. Variasi 2 tabung penekan untuk debit

pemompaan dan daya pemompaan terbesar pada ketinggian air 140 cm, karena

perbedaan lama bukaan katup fluida kerja dietil eter. Untuk 2 tabung ketinggian

air 140 cm memiliki lama bukaan katup selama 20 detik, sedangkan untuk 2

tabung ketinggian air 170 cm memiliki bukaan katup selama 10 detik.

Sedangkan untuk 1 tabung debit dan daya pemompaan terjadi pada

ketinggian 170 cm, karena memiliki perbandingan waktu yang lebih lama 1,53

4,39

0,48 0,47

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

2 tabung, level air 140

2 tabung, level air 170

1 tabung, level air 170

1 tabung, level air 140 E fi si e n si Po m p a (% )

(73)

dibandingkan dengan ketinggian air 140 cm. Lamanya pemompaan disebabkan

massa air yang dimiliki pada ketinggian air 170 cm lebih besar bebannya daripada

ketinggian air 140 cm. Tetapi untuk ketinggian air 140 cm menghasilkan keluaran

air lebih besar, karena beban yang dimiliki pada ketinggian air 140 cm kecil

dalam mengkompresikan udara. Ringannya beban pada ketinggian 140 cm terlihat

pada volume uap dietil eter yang besar daripada volume uap dietil eter ketinggian

air 170 cm.

Hasil penelitian pada Gambar 4.9 menunujukan bahwa efisiensi pompa

tertinggi pada penggunaan 2 tabung penekan dengan ketinggian air 170 cm,

karena daya pemanas yang kecil dibandingkan dengan ketinggian air 140 cm.

Daya pemanas dipengaruhi oleh lama pemanasan, lamanya pemanasan lebih lama

daya pemanas pun semakin besar. Tetapi tidak berlaku pada 1 tabung, efisiensi

terbesar pada 1 tabung ketinggian air 170 cm, karena memiliki daya pompa dan

daya pemanas yang besar. Daya pemanas yang kecil pada ketinggian 140 cm

karena sedikitnya waktu pemanasan dibandingkan dengan 1 tabung ketinggian

(74)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Pembuatan pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas

disusun secara paralel dengan tabung pemisah uap telah dibuat.

2. Debit pompa maksimum terbesar pada semua variasi terjadi pada variasi

temperatur evaporator sebesar 600C dengan ketinggian air 1,40 m, bukaan

katup 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 dtk, menggunakan pendinginan

air keran dan air hasil pemompaan dengan besar debit 7,43 liter/mnt.

3. Daya pemompaan maksimum yang diperoleh pada variasi temperatur

evaporator sebesar 600C dengan ketinggian air 1,40 m, bukaan katup fluida

kerja 0,75 putaran, lama bukaan katup fluida kerja 15 dtk, menggunakan

pendinginan air keran dan air hasil pemompaan, daya pemompaan sebesar

3,89 watt.

4. Efisiensi pemompaan maksimum yang dihasilkan pada variasi

pendinginan udara alami dengan hasil sebesar 21,776%, menggunakan 2

tabung penekan, lama bukaan katup 10 dtk, bukaan katup fluida kerja 0,5