Tugas Akhir Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

POMPA AIR ENERGI TERMAL

  

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun Oleh Nama : Yulius Tri Yunianto

  NIM : 045214 052

THERMAL POWERED WATER PUMP

  Final Project Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  by Yulius Tri Yunianto

  Student Number : 045214052

  

PERNYATAAN

Dengan ini sanya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat

karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan

tinggi di sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka Yogyakarta, Januari 2008

  Yulius Tri Y.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : YULIUS TRI YUNIANTO

  Nomor Mahasiswa : 045 214 052

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : POMPA AIR ENERGI TEMAL

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-

ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun mem-

berikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 18 Februari 2008 Yang menyatakan

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan

anugrah-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat tersusun dan dapat terselesaikan

dengan lancar. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan yang

berupa dorongan, motivasi, doa, sarana, materi sehingga dapat terselesaikannya

Tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua

pihak yang telah memberikan bantuannya, antara lain

  

1. Romo Dr. Ir. P. Wiryono Priyotamtama, SJ., selaku Rektor Universitas Sanata

Dharma.

  

2. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.S.C. selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Budi Sugiharto, S.T.,M.T, selaku ketua Program Studi Teknik Mesin.

  

4. Bapak Ir, FA. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen Pembimbing Utama Tugas

Akhir.

  

5. Segenap staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis sehingga sangat berguna dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  

6. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma.

  11. Anak-anak penghuni kost Tung Tot serta bengkel Merdeka Crew.

  

12. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut

membantu dalam menyelesaikan Laporan Tugas akhir.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu

diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan

masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya.

Semoga penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis

maupun pembaca. Terima kasih.

  Yogyakarta, Januari 2007 Penulis

  

INTISARI

Air memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Keberadaan

sumber mata air umumnya terletak lebih rendah dari pada tempat pengunaannya.

Pompa air merupakan salah satu alat yang dapat mengalirkan air dari satu tempat ke

tempat lain. Pompa air dapat dierakkan dengan berbagai macam energi. Energi

termal merupakan salah satu energi yang dapat menggerakkan pompa.

  Pompa air tenaga termal terdiri dari tiga komponen utama yaitu kolektor

termal yang berfungsi sebagai tempat penguapan flulida kerja, kondensor yang

berfungsi sebagai tempat pengembunan dan pompa yang berfungsi untuk memompa

air. Penelitian ini memvariasikan head dengan ketinggian 1030mm dan 1710mm,

massa mula-mula. Dan dari variasi tersebut akan dicari pengaruhnya terhadap

efisiensi sensibel, efisiensi laten, dan efisiensi alat.

  Pompa air tenaga termal ini mempunyai Daya maksimum pemompaan dengan

massa fluida mula-mula 2,65kg dengan head 1710 mm dengan daya pemompaan rata

rata 0.43mW. Efisiensi sensibel maksimum terjadi pada massa fluida mula-mula

1,65kg dengan head 1030 mm dengan efisiensi sensibel rata rata 54.02766%.

Efisiensi laten maksimum terjadi pada massa fluida mula-mula 1,65kg dengan head

1030 mm dengan efisiensi laten rata rata 2.9%. Efisiensi kolektor maksimum terjadi

pada massa fluida mula-mula 1,65kg dengan head 1030 mm dengan efisiensi sensibel

rata rata 56.91%. Efisiensi sistem maksimum terjadi pada massa fluida mula-mula

2,65kg dengan head 1030 mm dengan efisiensi sensibel rata rata 0.1%

  DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

TITLE PAGE................................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN........................................................................... iii

DAFTAR PANITIA PENGUJI ..................................................................... iv

LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... v

KATA PENGANTAR ................................................................................. vi

  

INTISARI.................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................ ix

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

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

  1.2 Rumusan Masalah ..................................................................... 2

  1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................... 2

  1.4 Batasan Masalah ....................................................................... 3

  1.5 Manfaat..................................................................................... 3

  

BAB II DASAR TEORI.............................................................................. 4

  2.1 Prinsip Kerja Alat ..................................................................... 5

  2.2 Efisiensi .................................................................................... 5

  2.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( S ) ................................... 5

  2.2.2 Efisiensi Laten Evaporator( L

  ) ........................................ 6

  3.5 Pengolahan dan Analisa Data .................................................. 13

  

BAB IV DATA PENELITIAN DAN ANALISA DATA............................ 14

  4.1 Data percobaan ....................................................................... 14

  4.1.1 Data hasil percobaan 1 untuk head 1.03m....................... 15

  4.1.2 Data hasil percobaan 2 untuk head 1.03m ....................... 16

  4.1.3 Data hasil percobaan 3 untuk head 1.03m ...................... 17

  4.1.4 Data hasil percobaan 4 untuk head 1.71m ...................... 18

  4.1.5 Data hasil percobaan 5 untuk head 1.71m........................ 19

  4.1.6 Data hasil percobaan 6 untuk head 1.71m........................ 21

  4.1.7 Data hasil percobaan 7 untuk head 1.03m........................ 22

  4.2 Analisis Data........................................................................... 24

  4.2.1 Perhitungan Efisiensi sensibel evaporator....................... 25

  4.2.1.1 Efisiensi Sensibel Evaporator untuk pompa dengan massa fluida mula-mula 0,9kg ( S ) ..... 25 4. 2.1.2 Efisiensi Sensibel Evaporator untuk pompa dengan massa fluida mula-mula 2,65kg ( ).. 26

  S

  4.2.1.3 Efisiensi Sensibel Evaporator untuk pompa dengan massa fluida mula-mula 1,65kg ( S ).. 27

  4.2.2 Perhitungan Efisiensi Laten evaporator .......................... 28

  4.2.2.1 Efisiensi Laten Evaporator untuk pompa dengan massa fluida mula-mula 0,9kg ( S ) ..... 29 4. 2.2.2 Efisiensi Laten Evaporator untuk pompa dengan massa fluida mula-mula 2,65kg ( ) .. 30

  S

  dengan massa fluida mula-mula 1,65kg ( K ) . 34

  4.2.4 Perhitungan Daya pompa ............................................... 35

  

4.2.4.1 Daya pompa untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 0,9kg ............ 35

4. 2.4.2 Daya pompa untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 2,65kg ........... 36

  

4.2.2.3 Daya pompa untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 1,65kg ........... 37

  4.2.5 Perhitungan Efisiensi sistem........................................... 38

  

4.2.4.1 Efisiensi sistem untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 0,9kg ............. 38

4. 2.4.2 Efisiensi sistem untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 2,65kg......... 39

  

4.2.2.3 Efisiensi sistem untuk pompa

dengan massa fluida mula-mula 1,65kg...................... 39

  4.3 Analisis Grafik ........................................................................ 41

  

BAB V KESIMPULAN ............................................................................. 56

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 57

LAMPIRAN ................................................................................................ 58

Tabel 4.16 Perhitungan efisiensi sensibel pada massa fluida mula-mula 2,65kg head 1710mm...................................................................................... 25Tabel 4.17 Perhitungan efisiensi sensibel pada massa fluida mula-mula 165kg head 1030mm...................................................................................... 26Tabel 4.18 Perhitungan efisiensi sensibel pada massa fluida mula-mula 165kg head 1710mm...................................................................................... 26Tabel 4.19 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1030mm ke 1 .............................................................................. 26Tabel 4.20 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1030mm ke 2 .............................................................................. 28Tabel 4.21 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1710mm...................................................................................... 28

  Tabel 4.22Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 2,65kg

head 1030mm...................................................................................... 29

Tabel 4.23 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 2,65kg head 1710mm...................................................................................... 29Tabel 4.24 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 1,65kg head 1030mm...................................................................................... 29Tabel 4.25 Perhitungan efisiensi laten pada massa fluida mula-mula 1,65kg head 1710mm...................................................................................... 30

  Tabel 4.26Perhitungan efisiensi evaporator pada massa fluida mula-mula 0,9kg

head 1030mm ke 1 .............................................................................. 31

Tabel 4.27 Perhitungan efisiensi evaporator pada massa fluida mula-mula 0,9kg

  

head 1030mm...................................................................................... 32

Tabel 4.32 Perhitungan efisiensi evaporator pada massa fluida mula-mula 165kg head 1710mm...................................................................................... 33

  Tabel 4.33Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 0,9kg

head 1030mm ke 1 .............................................................................. 34

Tabel 4.34 Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1030mm ke 2 .............................................................................. 34Tabel 4.35 Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1710mm...................................................................................... 35

  Tabel 4.36Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 2,65kg

head 1030mm...................................................................................... 35

Tabel 4.37 Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 2,65kg head 1710mm...................................................................................... 35Tabel 4.38 Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 165kg head 1030mm...................................................................................... 36Tabel 4.39 Perhitungan daya pompa pada massa fluida mula-mula 165kg head 1710mm...................................................................................... 36

  Tabel 4.40Perhitungan efisiensi sistem pada massa fluida mula-mula 0,9kg

head 1030mm ke 1 .............................................................................. 37

Tabel 4.41 Perhitungan efisiensi sistem pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1030mm ke 2 .............................................................................. 37Tabel 4.42 Perhitungan efisiensi sistem pada massa fluida mula-mula 0,9kg head 1710mm...................................................................................... 38

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 ............................................................................................................ 4

Gambar 2 Skema Penelitian ............................................................................... 10

Gambar 3. Skema pompa air energi termal pada pengambilan data ..................... 12

Gambar 4. susunan pompa air energi termal........................................................ 14

Gambar 4.1 Grafik hubungan daya pemompaan terhadap waktu pada head 1030mm ......................................................................... 42Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi sensibel terhadap waktu pada head 1030mm ......................................................................... 43Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi laten terhadap waktu pada head 1030mm ......................................................................... 44Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi sistem terhadap waktu pada head 1030mm ......................................................................... 45Gambar 4.5 Grafik hubungan daya pemompaan terhadap massa fluida mula-mula ................................................................. 46Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi sensibel terhadap massa fluida mula-mula ................................................................. 47Gambar 4.7 Grafik hubungan efisiensi laten terhadap massa fluidamula-mula .... 48Gambar 4.8 Grafik hubungan efisiensi sistem terhadap massa fluida mula-mula ................................................................ 49Gambar 4.9 Grafik hubungan daya pemompaan terhadap head ........................... 50Gambar 4.10 Grafik hubungan efisiensi sensibel terhadap head .......................... 51Gambar 4.11 Grafik hubungan efisiensi laten terhadap head .............................. 52

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian 1 pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 0,9kg head 1,03 m.......................................................................................... 15Tabel 4.2 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 0,9kg head 1,03 m ke 2 .................................................................................. 16Tabel 4.3 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 2,65kg head 1,03 m.......................................................................................... 17Tabel 4.4 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 1,65kg head 1,71 m.......................................................................................... 18Tabel 4.5 Data pengambilan daya kompor pada penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 1,65kg head 1.71 m ........................................ 19Tabel 4.6 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 2,65kg head 1,71m........................................................................................... 20Tabel 4.7 Data pengambilan daya kompor pada penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 2,65kg head 1,71 m ........................................ 21Tabel 4.8 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 0,9kg head 1.71 m m...................................................................................... 22

  

Tabel 4.9Data pengambilan daya kompor pada penelitian pompa air tenaga termal

massa fluida mula-mula 0,9kg head 1,71 m .......................................... 23

Tabel 4.10 Data penelitian pompa air tenaga termal massa fluida mula-mula 165kg head

  1.03 m m ..................................................................................... 23

Tabel 4.11Data pengambilan daya kompor pada penelitian pompa air tenaga termal

massa fluida mula-mula 1,65kg head 1,71 m ........................................ 24

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air merupakan keperluan sehari-hari masyarakat untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Sumber air umumnya terletak lebih rendah dari tempat air tersebut diperlukan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.

  Pompa air dapat digerakkan dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat. Selain itu penggunaan bahan bakar minyak atau energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal sehingga mengurangi kemampuan sebagian masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Untuk kondisi daerah seperti itu umumnya penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia yaitu membawanya dengan ember, menimba atau dengan pompa tangan. Jika penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia maka bukan hanya tenaga tetapi waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih produktif akan berkurang. Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi alam untuk memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut maka sumber-sumber energi alam yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor termal. Sel surya masih merupakan teknologi yang tinggi dan mahal energi surya termal di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinannya.

  1. 2 Perumusan Masalah

  Unjuk kerja pompa air energi termal tergantung pada lama waktu penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang diperlukan untuk penguapan tergantung pada efisiensi kolektor atau efisiensi evaporator dalam mengumpulkan energi termal dan mengkonversikannya ke fluida kerja, juga tergantung pada sifat-sifat dan jumlah awal fluida kerja dalam sistem. Waktu yang diperlukan untuk pengembunan tergantung pada keefektifan kondenser dalam mendinginkan uap, hal ini meliputi metode pendinginan dan bentuk konstruksi kondenser.

  Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energi termal dengan menggunakan fluida kerja air pada beberapa variasi jumlah massa fluida dan diteliti pengaruhnya pada unjuk kerja alat. Konstruksi evaporator, kondenser dan pompa dibuat sesederhana mungkin dengan bahan-bahan yang mudah didapat sehingga diharapkan dapat dibuat sendiri oleh masyarakat.

  1. 3 Tujuan Penelitian

  1. Menjajagi kemungkinan pembuatan pompa air energi termal menggunakan evaporator dengan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal.

2. Mengetahui debit, head, efisiensi evaporator dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan.

1.4 Batasan Masalah

  1. Fluida kerja yang digunakan adalah air

  2. Evaporator yang digunakan adalah terbuat dari pipa tembaga dengan diameter 0,5in yang berjumlah 3 buah yang disusun secara paralel.

  3. Jumlah massa air mula-mula 0,9 kg, 1,65 kg dan 2,65 kg 4. Variasai head yang digunakan adalah 1030 mm dan 1710 mm.

  5. Energi termal didapat dari panas api kompor minyak tanah.

I.5 Manfaat Penelitian 1. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal.

  2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi surya termal yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

3. Mengurangi ketergantungan penggunaan dan minyak bumi dan listrik.

BAB II DASAR TEORI Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama (gambar

  1) yaitu: (1) evaporator, (2) kondenser (3) pompa air dan. Evaporator yang digunakan umumnya Evaporator pelat datar jenis pipa seri (serpentin) atau pipa pararel. Pompa air yang digunakan umumnya pompa jenis membran. Kondenser yang digunakan dapat berbentuk tabung, koil atau rangkunan pipa.

  Evaporator berfungsi sebagai tempat untuk menguapkan fluida kerja dan menyalurkannya ke pompa. Kondensor berfungsi sebagai tempat pengembuan uap yang berasal dari evaporator. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber dan pada langkah hisap air yang dihisap adalah air dari sumber bukan air dari tangki atas. Fluida kerja yang digunakan umumnya adalah fluida cair yang mempunyai titik didih yang tidak tinggi (agar mudah menguap), misalnya alkohol.

  2.1 Prinsi Kerja Alat

  Prinsip kerja dari pompa air tenaga termal ini adalah Evaporator dipanasi dengan api ( sumber kompor). Evaporator yang dipanasi membuat air dalam Evaporator berubah fasa dari fasa cair menjadi uap. Perubahan dari fasa cair menjadi uap diikuti dengan kenaikan temperature dan tekanan. Uap yang berada pada Evaporator mempunyai tekanan yang lebih besar dari pada bagian yang lain dari pompa. Uap menekan air dari Evaporator menuju kondensor. Tekanan itu berimbas pada katup buang sehingga katub buang terbuka. Katub buang yang terbuka mengalirkan air dari kondensor. Uap air yang bertemperatur tinggi di di dalam kondensor panas dilepas (diserap oleh air) turunya temperature di ikuti dengan penurunan tekanan. Penurunan tekanan menyebabkan terjadinya kevakuman didalam system pompa sehingga tekanan dalam system lebih kecil dari tekanan atmosfer. Tekanan yang lebih kecil didalam pompa menyebabkan katub isap terbuka sehingga air dari bak sumber air bias masuk ke pompa. Sikus itu terjadi secara terus menerus.

  2.2 Efisiensi

  Efisiensi adalah suatu nilai yang digunakan untuk melihat unjuk kerja dari alat itu sendiri. Efisiensi diperoleh dengan melakukan perbandingan antara input yang diberikan dengan output yang dihasilkan dari alat itu sendiri. Unjuk kerja pompa air tenaga termal dinyatakan dengan efisiensi evaporator ( ) dan

  η C

  efisiensi sistem ( ). Efisiensi evaporator terdiri dari efisiensi sensibel

  η Sistem evaporator ( ) dan efisiensi laten evaporator ( ).

  S L η η

  T ∆ m . C . f P t

  ∆

  (1)

  η = S

  

Qkompor

  dengan : m : massa fluida kerja (kg)

  f

  C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

  P

  T : kenaikan temperatur air (C)

  ∆

  t : lama waktu pemanasan (detik) Q Kompor : kalor yang datang

  m . Cp . T ∆ f Qkompor

  =

  (2)

  t ∆

  dengan : m : massa fluida kerja (kg)

  f

  C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.°C))

  P

  T : kenaikan temperatur air (°C)

  ∆

  t : lama waktu pemanasan (detik) Q Kompor : kalor yang datang 2.2.1 Efisiensi Laten evaporator.

  

Qkompor

h m

fg g L

  3

  ρ =

  H Q g W P . . .

  : efisiensi laten evaporator Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

  η L

  : efisiensi sensibel evaporator

  η S

  dengan:

  

L S C

η η η + = (5)

  

Efisiensi evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang

berguna (menaikkan temperatur dan menguapkan fluida kerja) dengan jumlah

radiasi surya yang datang selama waktu tertentu atau efisiensi evaporator

merupakan jumlah efisiensi sensibel dan efisiensi laten evaporator. Efisiensi

evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

  )

  3

  ) V : volume langkah kerja pompa membran (m

  : massa jenis uap (kg/m

  .

  ρ

  dengan:

  ⋅ = ρ (4)

  

V m

g

  Massa uap fluida kerja (m) dapat dihitung dengan:

  : massa uap fluida kerja (kg) Q Kompor : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator

  g

  : panas laten air (J/(kg)) m

  fg

  h

  dengan :

  (3)

  = η

  (6) Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan jumlah kalor yang diterima selama waktu tertentu. Efisiensi evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

  W P η =

  (7)

  Sistem Qkompor dengan :

  Q Kompor : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator W : daya pemompaan (Watt)

  P

3.3 Tinjauan Pustaka

  Penelitian pompa air energi termal memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Sebuah prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus Rankin diuji untuk mengetahui unjuk kerjanya menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 (Spindler et. al, 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan kolektor pelat datar seluas 1 m2, variasi tinggi head 6, 8 dan 10 m memperlihatkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000).

  Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah pada ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,42-0,34% (Wong, 2001).

  Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan model matematis memperlihatkan unjuk kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus. Daya pompa meningkat dengan naiknya temperatur maksimum siklus, sementara penurunan efisiensi disebabkan kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov, 2005).

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  Pompa air energi termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

  1. Kolektor (evaporator) datar jenis pipa paralel (3 buah) dengan panjang 0,7 m diameter ½ “

  2. Kondensor dengan massa fluida mula-mula 0,9kg, 1,65kg , 2,65kg

  3. Pompa : dengan fluida kerja air Skema pompa air energi termal dapat dilihat sebagai berikut :

  Keterangan: 1. evaporator termal dengan jenis kolektor datar

  2. Saluran fluida kerja 1

  3. Saluran fluida kerja 2

  4. Kondenser

  5. Saluran air pendingin

  6. Pengukur Tekanan dalam system

  7. Tangki sumber air

  8. Saluran air masuk kondensor dari sumber air di bawah

  9. Katub searah sisi masuk kondensor 10. Katub searah sisi keluar menuju tangki penampungan atas.

  11. Saluran menuju tangki penampungan atas

  12. Tangki penampung air atas

3.2 Variabel yang divariasikan :

  1. Jumlah massa fluida kerja mula-mula divariasikan sebanyak 3 variasi yaitu dengan 0.9kg , 2.26kg dan 1.26kg.

  2. Untuk memperoleh massa fluida mula-mula 0,9 kg digunakan tabung penampung air tembaga, untuk menghasilkan massa fluida mula-mula 2,65 kg digunakan tabung besi dan untuk menghasilkan massa fluida mula-mula 1.65 kg digunakan tabung plastik (lihat gambar 3)

  3. Tinggi head pompa yang digunakan divariasikan sebanyak 2 variasi yaitu dengan ketinggian 1030mm dan 1710mm.

  : Gambar 3. Skema pompa air energi termal pada pengambilan data

3.3 Variabel yang diukur :

  1. Temperatur fluida kerja mula-mula (T f1 )

  2. Temperatur fluida kerja setelah selang waktu tertentu (T f2 )

  3. Daya input dari kompor (Qin)

  4. Lama waktu pencatatan data

  5. Tekanan pada sistem (P )

  f

  Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel dan pengukuran pada system digunakan manometer.

3.4 Langkah penelitian:

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 2

6. Data yang dicatat adalah temperatur fluida kerja mula-mula (T f1 ), temperatur

  fluida kerja setelah selang waktu tertentu (T f2

  ), daya input dari kompor(Qin), lama waktu pencatatan data, t ekanan sistem (P f

  ),

  7. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk varisi berikutnya kondisi alat pengering harus didiamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan pengambilan data variasi saat ini.

3.5 Pengolahan dan analisa data.

  Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (6). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik :

  1. Hubungan daya pemompaan, efisiensi sensibel evaporator, efisiensi laten evaporator dan efisiensi sistem dengan waktu, jumlah fluida kerja mula-mula dan head pemompaan.

2. Hubungan efisiensi sensibel evaporator, efisiensi laten evaporator dan efisiensi sistem dengan daya pemompaan.

BAB IV DATA PENELITIAN DAN ANALISIS DATA

4.1 Data Penelitian

  Gambar 4. Susunan pompa air energi termal Keterangan: K1 : Kran/katub

  1

4.1.1 Data Hasil Percobaan 1 Untuk head 1030mm dengan massa fluida mula-mula 0,9kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 5 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba = dilakukan dalam 2 sesi yaitu: a. Percobaan pertama selama 120 menit.

b. Percobaan kedua selama 90 menit.

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 10.00 WIB Tabung penampung air/kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Pompa air sudah dijalankan selama ± 30 menit. Temperatur evaporator (T rata-rata) = 86,2 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan Tabung pompa menggunakan air keran Tinggi evaporator (h1=h2) =330mm Lihat Gambar 4. Susunan pompa air energi termal hal 14

Tabel 4.1 Data penelitian 1 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 0,9kg head 1,03 m.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 30 menit 91,6 80,8 1,5 1 ditopang

4.1.2 Data Hasil Percobaan 2 Untuk head 1030mm dengan massa fluida mula-mula 0,9kg

  30 menit 92,6 93,6 1,5 1 ditopang

  1 kran 2 : buka penuh

  1 kran 2 : buka penuh

  1 kran 2 : buka penuh 380 - kran 1 : buka ½ 4 17:22 - 17:32 1750 93,3 95,7 1,5

  1 kran 2 : buka penuh 380 - kran 1 : buka ½ 3 17:12 - 17:22 900 94 96,3 1,5

  1 kran 2 : buka penuh 380 - kran 1 : buka ½ 2 17:02 - 17:12 600 94,6 96,8 1,5

  1 16:52 - 17:02 1250 89,9 94,6 1,5

  X2 (mm) kran 1 : buka ½

  X1 (mm)

  (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) Keterangan sudah berjalan ±

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

Tabel 4.2 Data penelitian 2 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 0,9kg head 1030 m.

  1 kran 2 : buka penuh

  1 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka 1/3 9 12:53 - 13:03 1900 96,5 90,1 1,5

  96 87,5 1,5

  1 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka 1/3 8 12:43 - 12:53 2100

  1 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 7 12:33 - 12:43 860 96,4 85,2 1,5

  6 12:23 - 12:33 1130 93,7 77,1 1,5

  (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) Keterangan kran 1 : buka ½

• 410 kran 1 : buka ½ 5 17:32 - 17:42 1550 93,8 94,5 1,5
• 410 kran 1 : buka ½

4.1.3 Data Hasil Percobaan 3 Untuk head 1030mm dengan massa fluida mula-mula 2,65kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 6 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba =.90 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 09.30 WIB Tabung penampung air/kondensor menggunakan tabung Pipa besi.

  Pompa air sudah dijalankan selama ± 20 menit. Temperatur evaporator (T rata-rata) = 91.4 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Tinggi evaporator 1 (h1) =330mm Tinggi evaporator 2 (h2) =340mm Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran Lihat Gambar 4. Susunan pompa air energi termal hal 14

Tabel 4.3 Data penelitian 3 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 2.65kg head 1030mm.

  Volume T

1 T

  2 P tekan P hisap

  No Waktu Keterangan

  o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 40 menit 91,9 92,2 1,5

  1 kran 1 : buka penuh 1 10:21 10:31 2350 91,9 92 1,5 1 - kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh

4.1.4 Data Hasil Percobaan 4 Untuk head 1710mm dengan massa fluida mula-mula 1,65kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 7 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba = 90 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 09.30 WIB Tabung penampung air/kondensor menggunakan tabung plastik.

  Pompa air sudah dijalankan selama ± 40 menit. Temperatur evaporator (T rata-rata) = 87.7 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Tinggi evaporator (h1=h2) =330mm Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran Lihat Gambar 4. Susunan pompa air energi termal hal 14 dan lampiran no 31

Tabel 4.4 Data penelitian 4 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 1.65kg head 1710mm.

  Volu T1 T2 P tekan P hisap me

  No Waktu Keterangan

  (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 20 menit A & B sejajar 27,3 27,3 0

  A lebih rendah dari B Volu

  T1 T2 P tekan P hisap me No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) kran 1 : buka ½

• 6 10:35 10:45 1300 93 83 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½
• 7 10:45 10:55 1350 89,3 60,7 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 8 10:55 - 11:05 1350 95,1 70,8 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

  11:15 1200 92,1 89,3 2 1 - 9 11:05 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

• 10 11:15 11:25 1350 94,2 89,1 2

  1 kran 2 : buka penuh

Tabel 4.5 Pengambilan Daya Kompor

  T waktu Q T awal 28 0 0

  T 2 menit 39.1 11.1 120 388.5 T 4 menit 49 21 240 367.5 T 6 menit 59 31 360 361.6666667 T 8 menit 68.7 40.7 480 356.125

  T 10 menit 76.2 48.2 600 337.4 Q rata-rata 362.2383333

4.1.5 Data Hasil Percobaan 5 Untuk head 1710mm dengan massa mula-mula 2,65kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 14 September 2007.

  Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Tinggi evaporator ( h1=h2 ) =330mm Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran Lihat Gambar 4. Susunan pompa air energi termal hal 14

Tabel 4.6 Data penelitian 5 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 2.65kg head 1710mm.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ±

  40 menit 90,1 95,2 2 1,5 kran 1 : buka penuh

• 1 08:09 08:19 1550 90,8 95 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh 2 08:19 08:29 1050 95,3 96,3 2 1,5 -

  kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh

  08:39 1750 93,2 - 3 08:29 97,2 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh

• 4 08:39 08:49 1500 93,4 97,1 2 1,5 kran 3 : buka penuh kran 2 : buka penuh kran 1 : buka penuh

  08:59 1800 94,9 97,2 2 - 5 08:49 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh

Tabel 3.7 Data Pengambilan daya Kompor

  T t Q T awal 24,8 0 0 T 2 menit 36 11,2 120 392 T 4 menit 47 22,2 240 388.5 T 6 menit 56,8 32 360 373.3333333

4.1.6 Data Hasil Percobaan 6 Untuk head 1710mm dengan massa fluida mula-mula 0,9kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 14 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba = 60 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 09.50 WIB Tabung penampung air/kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Pompa air sudah dijalankan selama ± 40 menit. Temperatur evaporator (T rata-rata) = 92.1 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Tinggi evaporator (h1) =330mm Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran Lihat Gambar 4. Susunan pompa air energi termal hal 14

Tabel 4.8 Data penelitian 6 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 1.65kg head 1710mm.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ±

  10 menit 87 96 2.5

  3 kran 1 : buka ½ 1 10:08 10:18 1600 88 94

  2 3 - kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

• 2 10:18 10:28 1450 89 96,6

  2

  2 kran 2 : buka penuh

Tabel 3.9 Data pengambilan daya Kompor

  T Waktu Q T awal 26,4 0

  T 2 menit 37,1 10,7 120 374.5 T 4 menit 47,9 21,5 240 376.25 T 6 menit 57,5 31,1 360 362.8333333 T 8 menit 67,8 41,4 480 362.25

  T 10 menit 74,9 48,5 600 339.5 Q rata-rata 363,0666667

4.1.7 Hasil Percobaan 7 Untuk head 1710mm dengan massa fluida mula-mula 1,65kg

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 14 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba =.60 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 11.20 WIB kondensor menggunakan tabung plastik.

  Pompa air sudah dijalankan selama ± 40 menit. Temperatur evaporator (T rata-rata) = 89.8 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Tinggi evaporator (h1=h2) =330mm Panas termal menggunakan kompor minyak tanah

Tabel 4.10 Data penelitian 7 pompa air tenaga termal dengan massa fluida mula-mula 1.65kg head 1710mm.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 40 menit 90.1 95.2 2

  1.5 kran 1 : buka penuh 08:19 1550 90,8 95 - 1 08:09 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh

  08:29 1050 95,3 96,3 2 1,5 - 2 08:19 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh 08:39 1750 93,2 97,2 2 - 3 08:29 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh kran 1 : buka penuh

• 4 08:39 08:49 1500 93,4 97,1 2 1,5 kran 3 : buka penuh kran 2 : buka penuh kran 1 : buka penuh
• 5 08:49 08:59 1800 94,9 97,2 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 3 : buka penuh

Tabel 3.11 Data pengambilan daya Kompor

  T waktu Q T awal 24,8 0

  T 2 menit 36 11,2 120 392 T 4 menit 47 22,2 240 388.5 T 6 menit 56,8 32 360 373.3333333 T 8 menit 65,9 41,1 480 359.625

  T 10 menit 73,3 48,5 600 339.5 Q rata-rata 370,5916667

4.2 Analisis Data

4.2.1 Perhitungan Efisiensi sensible evaporator

  Efisiensi sensibel evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam evaporator dari temperatur awal sampai temperatur penguapan (untuk air sekitar 94

  C) dengan jumlah energi termal yang diberikan selama interval waktu tertentu.

  

T

m .C .

  f P

  t

  (1)

  =

  S

  Qkompor

  dengan : C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

  P

  Q Kompor : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator (W) m : massa fluida kerja (kg)

  f

  T : kenaikan temperatur air (C)

  ∆

  t :selang waktu yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur air mencapai sekitar (94 C)

  Asumsi 1. Massa fluida kerja didekati dengan massa fluida yang terdapat dalam evaporator .

  2. Massa fluida dicari dengan menggunakan persamaan Volume fluida dalam evaporator dikalikan dengan massa jenis cairan.

  

2

π