Studi eksperimental unjuk kerja pompa air energi termal menggunakan evaporator miring - USD Repository

  

STUDI EKSPERIMENTAL UNJUK KERJA POMPA

AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN

EVAPORATOR MIRING

SKRIPSI

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi diajukan oleh :

  

CHRISTIAN HALIM

095214003

  Kepada

  

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

  

EXPERIMENTAL STUDY OF THERMAL ENERGY

WATER PUMP PERFORMANCE USING SLOPING

EVAPORATOR

THESIS

  For fulfill requirement undergraduate degree Mechanical Engineering

  Faculty of Science and Technology proposed by:

  

CHRISTIAN HALIM

095214003

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2012

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas anugerah dan bimbinganNya yang penuh kasih, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun skripsi yang berjudul “Studi Eksperimental Unjuk Kerja Pompa Air

  

Energi Termal Menggunakan Evaporator Miring ”. Skripsi ini disusun sebagai

  syarat untuk memperoleh gelar Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Mesin (S.T.) di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dengan tersusunnya skripsi ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

  2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

  3. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis.

  4. Cynthia Listiyani Santoso yang sudah menemani dalam penyusunan skripsi ini

  5. Albertus The Sugiarto, Oryza Sativa, dan Galih Aji Sanjaya yang sudah membantu dalam pengambilan data.

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

  Penulis menyadari bahwa banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan skripsi ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak yang membangun agar penulisan skripsi ini dapat lebih baik lagi.

  Yogyakarta, 2012 Penulis

   Christian Halim

  

DAFTAR ISI

  Halaman Judul .................................................................................................. i Title Page .......................................................................................................... ii Halaman Persetujuan ........................................................................................ iii Halaman Pengesahan ........................................................................................ iv Pernyataan Keaslian Karya ............................................................................... v Kata Pengantar .................................................................................................. vi Daftar Isi .......................................................................................................... viii Daftar Gambar .................................................................................................. x Daftar Tabel ...................................................................................................... xiii Abstrak .............................................................................................................. xv

  Bab I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

  1.2 Batasan Masalah ......................................................................................... 2

  1.2 Tujuan ......................................................................................................... 2

  1.3 Manfaat ....................................................................................................... 3

  Bab II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan .............................................................. 4

  2.2 Dasar Teori ... .............................................................................................. 7

  Bab III METODE PENELITIAN

  3.1 Skema Alat .................................................................................................. 11

  3.2 Prinsip kerja alat .......................................................................................... 13

  3.2 Variabel yang di variasikan ......................................................................... 14

  3.3 Variabel yang di ukur .................................................................................. 17

  3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data .................................................... 17

  Bab IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Tabel Data dan Hasil Penelitian ................................................................. 19

  4.2 Pembahasan ................................................................................................. 31

  Bab V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 44

  5.2 Saran ........................................................................................................... 44 Daftar pustaka ................................................................................................... 45 Lampiran

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.3 Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m danGambar 3.6 Variasi tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan ..........................................................................

  (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter ................................................... 16

Gambar 3.5 Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter,

  (2) 717ml dan (3) 844ml ............................................................ 15

Gambar 3.4 Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml,

  (3) 1,7m ...................................................................................... 14

Gambar 3.2 Evaporator .................................................................................. 12Gambar 2.1 Skema pompa energi panas menggunakan pendinginGambar 3.1 Skema alat .................................................................................. 11Gambar 2.4 Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009) ........................................ 6Gambar 2.3 Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel (Martanto, 2010) ............................................................. 6

  (Sugiarto, 2012) .......................................................................... 5

Gambar 2.2 Skema pompa air energi surya menggunakan kotak pendingin

  (Widagdo, 2009) ......................................................................... 5

  16 Gambar 3.7 Posisi temperatur yang diukur pada pompa ............................... 17

Gambar 4.1 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan

  3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............. 31

Gambar 4.2 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume

  udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .......................................................................................... 32

Gambar 4.3 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan

  3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............

  33 Gambar 4.4 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .....................

  34 Gambar 4.5 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ...

  35 Gambar 4.6 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............

  36 Gambar 4.7 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara ....................................

  37

Gambar 4.8 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml,

  dan menggunakan satu tabung tekan udara ............................

  38 Gambar 4.9 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara ............................

  39 Gambar 4.10 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter .....................

  40 Gambar 4.11 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter ............... 41

Gambar 4.12 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan

  volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter ...................... 42

Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan

  volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter ............. 43

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm , volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara ......... 22

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada

  tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ...................................................................................

  23 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara......... 24

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm, volum eter 653ml , volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .....................................

  25 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ....... 26

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .....................................

  27

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara ........ 28

Tabel 4.8 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  244cm, volume eter 653ml,volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ......... 29

Tabel 4.9 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  170cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ........ 30

Tabel 4.10 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara ......... 31

Tabel 4.11 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head

  325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ........ 31

  

ABSTRAK

Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia.

  Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi maksimum. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Panas berasal dari kompor listrik yang akan memanaskan fluida kerja yaitu dietil eter. Variabel yang diukur adalah temperatur,volume dan waktu pemompaan. Variabel yang di variasikan adalah variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi penggunaan tabung tekan, (1) satu tabung tekan udara dan (2) dua tabung tekan udara. Hasil penelitian menunjukan debit maksimum sebesar 0,63 liter/menit didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 1,7m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. Daya pompa maksimum sebesar 0,185 watt dan efisiensi pompa maksimum sebesar 0,047% didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara.

  Kata kunci : pompa air, energi termal, dietil eter, daya, efisiensi

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, mencuci, dan kebutuhan lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Tetapi semua itu akan menjadi kurang bermanfaat apabila yang dimiliki tidak diolah dengan sebaik-baiknya. Sumber air umumnya terletak lebih rendah dari tempat air yang diperlukan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang memerlukan.

  Pada umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Tidak semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik dan sarana transportasi yang baik, sehingga sulitnya bahan bakar yang akan didapatkan. Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga dapat mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup. Selain penyediaan air yang menjadi mahal, penyediaan air dengan menggunakan tenaga manusia seperti menimba, membawa dengan ember, atau dengan pompa tangan akan mengurangi waktu dan juga tenaga untuk dapat melakukan kegiatan lain yang lebih produktif.

  Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Di Indonesia unjuk kerja pompa air energi termal belum banyak diteliti, khususnya dengan fluida kerja dietil eter.

  Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter dengan pemanas tunggal yang memiliki kemiringan 30 .

  Pemanas diposisikan dengan kemiringan 30 bertujuan untuk menyesuaikan kondisi pada penggunaan kolektor surya. Selain itu juga untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan.

  1.2 Batasan Masalah

  Dalam penelitian ini fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Dietil eter yang digunakan didapat dari toko kimia yang berbeda beda. Dalam penggunaan dietil eter terdapat sedikit perbedaan karakteristik antar dietil eter.

  KJ Maka nilai hfg yang digunakan ditetapkan sebesar 360,2 / Kg .

  Tekanan udara sekitar pada tiap-tiap daerah berbeda beda, tergantung ketinggian permukaan tanah dengan permukaan air laut. Pada penelitian ini tekanan udara sekitar diasumsikan sebesar satu bar.

  1.3 Tujuan

  Dari penelitian yang dilakukan memiliki tujuan sebagai berikut :

  1. Membuat model pompa air energi termal

  2. Mengetahui debbit maksimum yang dapat dihasilkan

  3. Mengetahui daya pompa maksimum yang dapat dihasilkan

  4. Mengetahui efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan

1.4 Manfaat

  Manfaat yang dapatkan diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut :

  1. Menambah informasi mengenai pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter.

  2. Dapat dikembangkan pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter untuk penelitian selanjutnya.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Penelitian pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian secaara teoritis pompa air energi 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). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variaso head antara 2-5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian pompa air energi surya dengan menggunakan model matematis memperlihatkan unjuk kerja pompa detentukan oleh fraksi uap dari siklus.

  Pada Gambar 2.1 penelitian menggunakan volume evaporator 26 cc menghasilkan daya pemompaan 0,119 watt dan efisiensi 0,152% untuk head 1,75 m (Widagdo, 2009).

Gambar 2.1 Skema pompa 5nergy panas menggunakan pendingin (Widagdo,

  2009) Pada Gambar 2.2 daya pemompaan terbesar terjadi pada head 3,25 m dengan volume eter 844 ml yaitu sebesar 0,335 watt, efisiensi pompa terbesar terjadi pada variasi head 1,7m dengan volume eter 653 ml yaitu sebesar 0.054%.

Gambar 2.2 Skema pompa air 5nergy surya menggunakan kotak pendingin

  (Sugiarto, 2012) Pada Gambar 2.3 penelitian menggunakan volume evaporator 110 cc menghasilkan daya pemompaan 0,029 watt dan efisiensi 0,043% untuk head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci (Martanto, 2010).

Gambar 2.3 Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel

  (Martanto, 2010) Pada Gambar 2.4 penelitian menggunakan volume evaporator 285 cc menghasilkan daya pemompaan 0,359 watt dan efisiensi 0,082% untuk head 2,5 m dan selang osilasi 3/8 inci (Lukito, 2009).

Gambar 2.4 Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009)

2.2 Dasar Teori

  Pompa air energi termal pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu pulsa jet (water pulse jet), fluidyn pump, dan jenis nifte pump). Pompa air energi termal umumnya terdiri dari beberapa komponen, yaitu pengerak pompa air, evaporator, saluran hisap, dan saluran tekan. Pemanfaatan energi surya untuk menghasilkan energi mekanik penggerak pompa air dapa dikelompokkan menjadi dua yaitu metode termodinamik dan metode konversi langsung. Pada metode termodinamik, energi termal surya dikumpulkan menggunakan kolektor termal baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal digunakan untuk menaikkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung untuk menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggerakkan pompa air. Pompa air dengan disain khusus dapat dikelompokkan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi lagsung energi surya dikonvrsikan menjadi energi listrik (dengan photovoltaic, thermoelektrik atau thermionik), energi listrik yang dihasilkan digunakan motor listrik untuk menggerakkan pompa air. Pada penelitian ini digunakan dietil eter (diethyl ether). Pada bagian evaporator terdapat selubung pipa yang berguna sebagai tempat penerima panas berupa uap air yang berasal dari pemanasan air. Di dalam evaporator terdapat fluida kerja berupa eter, karena menerima panas dari uap air maka dietil eter akan menguap, titik didih dietil eter sekitar 36

  C. Karena eter dalam evaporator menguap, maka tekanan dalam pompa akan naik dan akan mendorong air yang berada di pompa benam naik ke tangki penampung. Uap dietil eter akan masuk kedalam kondensor dan mengalami pendinginan, sehingga uap dietil eter akan mengembun. Karena terjadinya pengembunan maka tekanan di dalam pompa akan turun sampai pada kondisi tekanan sebelum dimulai penguapan dietil eter, sehingga menyebabkan air yang berasal dari sumber air akan terhisap masuk ke dalam pompa benam, bersamaan dengan hal ini, dietil eter akan kembali ke dalam evaporator untuk dipanaskan kembali. Siklus seperti ini terjadi berulang-ulang selama masih ada sumber panas dari uap air. Setiap satu langkah tekan pompa (pada proses penguapan dietil eter) dan satu langkah hisap (pada proses pengembunan uap dietil eter) dapat disebut satu siklus pemompaan. Pada pompa benam dilengkapi dengan dua katup searah, yang masing-masing pada sisi hisap dan pada sisi tekan. Katup berfungsi agar langkah tekan hanya mengalir ke tangki penampung dan katup pada bagian sisi hisap berfungsi untuk menghisap air yang berasal dari tangki sumber air. Debit yang didapatkan berasal jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu dapat dihitung dengan persamaan :

  Q = (soemitro,1986) (1) dengan :

3 V = volume air keluar (m )

  t = waktu yang diperlukan (detik)

3 Q = Debit pemompaan ( /det)

  Daya pemompaan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

  = . . . (soemitro,1986) (2) dengan:

  kg

  3

  / )

  ρ = massa jenis air ( m

  2

  g = percepatan gravitasi ( / )

3 Q = debit pemompaan( /

  ) H = head pemompaan (m) P pompa = daya (watt) Daya pemanasan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut

  P pemanasan = m eter . hfg eter Cengel,2008) (3)

  (

  t

  pemanasan

  dengan : m eter = massa eter (Kg) hfg = kalor laten penguapan (KJ/Kg) t pemanasan = waktu pemanasan (detik) P = Daya pemanasan (watt)

  pemanasan

  Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan dengan besarnya daya pemanasan .

  Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan : pompa = .100% (soemitro,1986) (4)

  η Tekanan dalam tabung tekan udara dapat dihitung dengan persamaan : P 1 .

  V

  1 = P

2 . V

2 (soemitro,1986) (5)

  P = P . V

  2

  

1

  1 V

  2

  dengan P

  1 = Tekanan udara awal (1bar)

  V

  1 = Volume udara awal (liter)

  V = Volume udara akhir (liter)

  2 P 2 = Tekanan yang dihasilkan (bar)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  4

  12

  11

  9 ₁₀

  8

  7

  6 AIR

  5

  Metode yang digunakan adalah metode eksperimental yaitu membuat model pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter.

  Model dapat dilihat pada skema alat berikut :

  3

  1

  30

  3. Selubung tempat keluar dan masuk uap air ^{ETER AIR}

  2. Evaporator dengan kemiringan 30

  1. Keran

  Keterangan :

Gambar 3.1 Skema alat

  2

  4. Tabung tekan air

  5. Tabung penampung dietil eter

  6. Kotak pendingin tembaga

  7. Tabung tekan udara

  8. Pipa buang

  9. Pompa benam

  10. Katup hisap satu arah

  11. Katup tekan satu arah

  12. Gelas ukur

  uap eter keluar uap air pemanas masuk uap air pemanas keluar eter cair masuk

Gambar 3.2 Evaporator

3.2 Prinsip Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter. Evaporator berisi dietil eter dan sistem pompa berisi air.

  Mula-mula evaporator dipanaskan menggunakan uap air yang dihasilkan dari pemanasan air menggunakan kompor. Uap air yang dihasilkan akan mengalir dengan sendirinya ke dalam selubung pada evaporator melalui selang. Panas dari uap air akan menyebabkan kenaikan temperatur pada evaporator. Dietil eter akan menguap karen tiitk didih yang rendah yaitu 36

  C. Penguapan akan memberikan tekanan yang cukup agar air pada tabung tekan air, dapat terdorong ke dalam tabung tekan udara. Air yang terdapat pada tabung tekan udara akan naik dan mendorong udara yang terhubung melalui selang, ke dalam pompa benam yang berisi air. Melewati katup satu arah menunju pipa buang yang berada di atas, air akan terdorong selama penguapan dietil eter, setelah itu terjadi pengembunan.

  Pengembunan menyebabkan tekanan dalam sistem turun sehingga katup hisap akan terbuka dan air dalam pompa benam akan bertambah. Air dalam tabung tekan udara akan kembali ke kondisi awal. Eter yang mengembun akan kembali ke evaporator untuk kembali dipanaskan. Setiap satu langkah tekan dan satu langkah hisap disebut satu siklus pemompaan. Pompa benam dilengkapi dengan katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup yaitu agar pada langkah tekan air tidak kembali ke sumber tetapi mengalir ke tujuan.

3.3 Variabel yang Divariasikan

  Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi, dengan maksud mendapatkan hasil yang bervariasi. Variasi yang dilakukan yaitu :

  1. Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm.

  2. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml.

  3. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter.

  4. Variasi jumlah tabung tekan, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3). 1,7m. Variasi ketinggian head dapat dilihat pada Gambar 3.3.

  3,25 m _{2,44 m 1,7 m}

  1

  2

  3 Gambar 3.3 Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3)

  1,7m Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Dari variasi volume eter dapat ditentukan dari ketinggian eter. Untuk volume eter (1) 653ml, memiliki tinggi 2cm, untuk volume eter (2) 717ml, memiliki tinggi 3cm, dan volume eter (3) 844ml, memiliki tinggi 5cm pada tabung penampung eter. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung dapat dilihat pada Gambar 3.4.

  1

  2

  3 5c m

  3c m

  2c m

Gambar 3.4 Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2)

  717ml dan (3) 844ml Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan diukur menggunakan satu tabung tekan udara. Dari variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat ditentukan dari ketinggian kolom air pada tabung tekan udara. Untuk (1) 5,49 liter, memiliki ketinggian kolom air 150cm, (2) 4,71 liter, memiliki ketinggian kolom air 165cm, dan (3) 3,14 liter, memiliki keitnggian kolom air 180cm. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara diukur menggunakan satu tabung tekan. Variasi Volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.5.

  1

  2

  3 _{UDARA UDARA}

  UDARA 180 cm

  165 cm 150 cm

Gambar 3.5 Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter.

  Variasi penggunaan tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) tabung tekan. Variasi penggunaan tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.6.

  1

  2 Gambar 3.6 Variasi jumlah tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan

3.4 Variabel yang Diukur

  Variabel-variabel yang diukur antara lain

  1. Temperatur pada sisi bagian atas evaporator (T1),

  2. Temperatur pada sisi bagian bawah selubung tempat keluar masuk uap air (T2),

  3. Temperatur pada bagian masuk evaporator (T3), 4. Temperatur pada kotak pendingin tembaga (T4).

  5. Volume

  6. Waktu pemompaan Untuk selanjutnya dari variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa.

Gambar 3.7 Posisi temperatur yang diukur pada pompa

  Penulis mendapatkan data dengan cara menguji langsung alat yang telah dibuat.

  T2 T1 T3 T4

  30

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data Metode yang dipakai dalam mengumpulkan data yaitu metode langsung.

  1. Ketinggian head diatur

  2. Volume dietil eter diatur dan diisi pada tempat penampung eter

  3. Termokopel dan alat ukur yang digunakan dipasang

  4. Volume udara tekan pada tabung tekan udara diatur

  5. Pemanasan evaporator dimulai

  6. Suhu T1, T2, T3, T4 ,waktu serta volume air yang dihasilkan pompa dicatat.

  7. Pendinginan dilakukan dengan menyiram kotak pendingin tembaga dengan air.

  8. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 1,7m, 2,44m, dan 3,25m menggunakan satu tabung tekan udara, volume eter 653ml dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter.

  9. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter dan volume eter 653ml, 717ml, dan 844ml menggunakan tabung tekan udara tunggal

  10. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume eter 717ml, menggunakan satu tabung tekan udara, dengan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter, 4,71 liter, dan 3,14 liter.

  11. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25, volume eter 717ml, menggunakan dua tabung tekan udara, dengan volume udara tekan 3,14 liter.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Tabel Data dan Hasil Penelitian

  Dari penelitian ini diperoleh data seperti pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9.

  Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1. Perhitungan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa dilakukan dari Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 .

  Debit yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (1) : Q =

  400

  Q =

  95

ml

  Q = 4,21 / det Dari debit yang sudah didapatkan, daya pemompaan dan daya pemanasan dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 .

  Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persaman (2) : = . . .

  4,21 = 1000 .9,8 . . 3,25

  1000000 = 0,134 Perhitungan daya pemanasan menggunakan massa dietil eter, massa didapatkan dari pengukuran di lapangan. Untuk volume eter 653ml memiliki massa 465,8 gram, 717ml memiliki massa 511,5 gram, dan 844ml memiliki massa 602,1 gram.

  KJ

  Dengan Hfg dietil eter sebesar 360,2 / Kg . Daya pemanasan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (3) : P pemanasan = m eter . hfg eter t

  pemanasan 465,8 ∶ 1000 . 360,2

  P pemanasan =

  344

  P pemanasan = 487,8 watt Dari daya pompa dan daya pemanasan yang sudah didapatkan, efisiensi pompa dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 . Untuk menghitung efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan (4) :

  pompa = .100%

  η

  0,134 pompa = .100%

  η

  487 ,8

  = 0,028% η pompa

  Pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 volume udara tekan akhir adalah volume udara tekan yang tidak dapat tertekan kembali atau volume udara tekan yang tersisa pada tabung tekan udara saat proses langkah tekan. Waktu langkah tekan adalah waktu yang diperlukan saat proses awal langkah tekan sampai proses akhir langkah tekan. Waktu pemompaan adalah waktu yang dicatat pada saat air yang dipompa dari sumber air mulai keluar sampai berhenti, pada saat langkah tekan terjadi. Waktu langkah hisap adalah waktu yang diperoleh pada saat pendinginan, yaitu pada saat volume udara tekan akan kembali ke volume mula-mula sampai pada volume udara tekan mula-mula. Volume adalah banyaknya air hasil pemompaan yang diukur pada saat proses pemompaan. Debit adalah perbandingan antara volume dengan waktu pemompaan. Daya pemanasan adalah perkalian antara massa eter dengan hfg dari eter pada waktu pemanasan. Daya pompa adalah perkalian antara massa jenis air, percepatan gravitasi, debit, dan head pemompaan. Efisiensi adalah perbandingan daya pompa dibanding daya pemanasan.

  22 Tabel 4.1 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm , volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara

  34

  420

  3 Awal langkah tekan

  27

  42

  75

  61 532

  98 Akhir langkah tekan 450 0,276 315,429 0,146 0,046

  41

  52

  67 69 1,57 Akhir langkah hisap

  477

  4 Awal langkah tekan

  27

  61

  48

  64 427 112 Akhir langkah tekan 650 0,348 392,994 0,185 0,047

  38

  53

  64 68 1,80 Akhir langkah hisap

  594

  5 Awal langkah tekan

  26

  48

  69

  73 446 124 Akhir langkah tekan 600 0,290 376,252 0,154 0,041

  41

  51

  69 72 1,41 Akhir langkah hisap

  67 59 1,41 Akhir langkah hisap

  42

  Kondisi T1

  (watt) Daya pompa

  ( ^o

  c) T2

  ( ^o

  c) T3

  ( ^o

  c) T4

  ( ^o

  c) volume udara tekan akhir ( liter ) waktu langkah tekan

  (det) Waktu pemompaan

  (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (liter/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) efisiensi (%)

  54 545 151 Akhir langkah tekan 550 0,219 307,905 0,116 0,038

  1 Awal langkah tekan

  26

  43

  72

  60 344

  95 Akhir langkah tekan 400 0,253 487,815 0,134 0,028

  40

  44

  51 48 1,49 Akhir langkah hisap

  495

  2 Awal langkah tekan

  26

  38

  70

  404

  23 Tabel 4.2 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara

  68

  516

  3 Awal langkah tekan

  25

  27

  67

  69 305

  98 Akhir langkah tekan 500 0,31 604,107 0,163 0,027

  40

  41

  46 52 1,49 Akhir langkah hisap

  541

  4 Awal langkah tekan

  26

  27

  67 292

  41

  97 Akhir langkah tekan 490 0,30 631,002 0,161 0,026

  40

  43

  51 52 1,49 Akhir langkah hisap

  583

  5 Awal langkah tekan

  26

  27

  68

  67 262

  76 Akhir langkah tekan 400 0,32 703,254 0,168 0,024

  38

  41

  49 52 1,49 Akhir langkah hisap

  49 53 1,49 Akhir langkah hisap

  40

  Kondisi T1

  (watt) efisiensi (%)

  ( ^o

  c) T2

  ( ^o

  c) T3

  ( ^o

  c) T4

  ( ^o

  c) volume udara tekan akhir ( liter ) waktu langkah tekan

  (det) Waktu pemompaan

  (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (liter/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) Daya pompa

  1 Awal langkah tekan

  90 Akhir langkah tekan 425 0,28 653,378 0,151 0,023

  26

  27

  66

  73 275

  69 Akhir langkah tekan 400 0,35 670,009 0,185 0,028

  40

  41

  50 53 1,57 Akhir langkah hisap

  496

  2 Awal langkah tekan

  26

  27

  69

  68 282

  621

  24 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara

  0,00 679,899 0,000 0,000 Akhir langkah tekan

  66 279

  45

  40 0,05 660,403 0,028 0,004 Akhir langkah tekan

  40

  40

  48 51 2,90 Akhir langkah hisap

  625

  4 Awal langkah tekan

  26

  27

  68

  64 271

  40

  27

  40

  50 51 2,90 Akhir langkah hisap

  653

  5 Awal langkah tekan

  26

  27

  68

  64 281

  43

  60 0,08 655,703 0,044 0,007 Akhir langkah tekan

  40

  40

  49 51 2,90 Akhir langkah hisap

  69

  26

  Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det)

  20 0,05 682,417 0,027 0,004 Akhir langkah tekan

  Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (L/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) Daya pompa

  (watt) efisiensi (%)

  1 Awal langkah tekan

  25

  30

  54

  58 270

  24

  36

  3 Awal langkah tekan

  40

  50 52 3,14 Akhir langkah hisap

  383

  2 Awal langkah tekan

  27

  28

  66

  66 289 108 600

  0,33 637,552 0,177 0,028 Akhir langkah tekan

  40

  40

  49 52 2,51 Akhir langkah hisap

  515

  547

  25 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volum eter 653ml , volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara

  3 Awal langkah tekan

  61 261

  642,840 Akhir langkah tekan

  37

  38

  54 51 3,9 Akhir langkah hisap

  430

  25

  28

  28

  67

  61 250

  671,125 Akhir langkah tekan

  37

  38

  52 48 3,9 Akhir langkah hisap

  67

  25

  Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det)

  24

  Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (L/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) Daya pompa

  (watt) efisiensi (%)

  1 Awal langkah tekan

  28

  2 Awal langkah tekan

  62

  75 276

  607,903 Akhir langkah tekan

  38

  37

  53 56 3,8 Akhir langkah hisap

  402

  638

  26 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara

  0,00 572,181 0,000 0,000 Akhir langkah tekan

  70 282

  25 Akhir langkah tekan 25 0,06 653,341 0,032 0,005

  40

  38

  51 48 3,92 Akhir langkah hisap

  427

  4 Awal langkah tekan

  26

  27

  66

  65 322

  38

  27

  38

  62 73 3,92 Akhir langkah hisap

  468

  5 Awal langkah tekan

  25

  27

  74

  74 329

  0,00 560,007 0,000 0,000 Akhir langkah tekan

  38

  38

  69 67 3,92 Akhir langkah hisap

  69

  25

  Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det)

  37

  Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (L/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) Daya pompa

  (watt) efisiensi (%)

  1 Awal langkah tekan

  24

  27

  67

  66 262

  0,00 703,215 0,000 0,000 Akhir langkah tekan

  38

  3 Awal langkah tekan

  54 49 4,10 Akhir langkah hisap

  288

  2 Awal langkah tekan

  26

  28

  65

  60 302

  57 Akhir langkah tekan 150 0,16 610,074 0,084 0,014

  40

  38

  61 69 4,00 Akhir langkah hisap

  340

  454

  27 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara

  48 51 3,92 Akhir langkah hisap

  3 Awal langkah tekan

  25

  27

  57

  51 290

  0,00 747,850 0,000 0,000

  Akhir langkah tekan

  38

  38

  335

  46 51 3,92 Akhir langkah hisap

  4 Awal langkah tekan

  26

  27

  61

  65 264

  0,00 821,502 0,000 0,000

  Akhir langkah tekan

  38

  38

  48 51 3,92 Akhir langkah hisap

  291

  44

  Kondisi T1 T2 T3 T4 volume udara tekan akhir ( L ) waktu langkah tekan (det)

  69 273

  Waktu pemompaan (det) waktu langkah hisap (det)

  Volume (ml)

  Debit (L/mnt)

  Daya Pemanasan

  (watt) Daya pompa

  (watt) efisiensi (%)

  1 Awal langkah tekan

  25

  38

  62

  97 Akhir langkah tekan 500 0,31 794,419 0,164 0,021

  38

  40

  42

  44 51 3,76 Akhir langkah hisap

  320

  2 Awal langkah tekan

  26

  29

  62

  67 285

  0,00 760,970 0,000 0,000 Akhir langkah tekan

  337

  28 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara

  3 Awal langkah tekan

  72 348

  0,00 529,432 Akhir langkah tekan

  40

  37

  50 52 2,27 Akhir langkah hisap

  134

  27

  27

  28

  65

  74 402