KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL

  

KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin

  

Diajukan Oleh:

TOFAN RANDY WIJAYA

NIM : 075214011

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2011

  

CHARACTERISTIC OF THERMAL ENERGY NIFTE PUMP

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering Study Program

  

By :

TOFAN RANDY WIJAYA

NIM : 075214011

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2011

  

INTISARI

  Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi masih banyak daerah tidak bisa menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan sebagai penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spiritus. Tetapi untuk kerja pompa air energi termal di indonesia belum banyak sehingga masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memanfaatkannya secara optimal.

  Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model pompa termal jenis nifte sampai dengan mengetahui daya , debit dan efisiensi maksimal yang dimiliki oleh pompa tersebut. Pompa nifte dapat dibagi menjadi 6 bagian utama yaitu, evaporator, kondensor, pipa osilasi, pipa nifte, kran dan bak pendingin. Dalam proses pengambilan data digunakan variasi yang berbeda yaitu: variasi pada ketinggian awal air, variasi bukaan kran, variasi pendingin dan variasi pada bentuk daerah pengembunan.

  Telah berhasil dibuat model pompa termal jenis nifte dengan daya maksimal sebesar 66 mWatt, debit maksimal yang terjadi di pipa osilasi sebesar 2.88 liter/menit dan efisiensi dari model pompa tersebut sebesar 0.03% Kata kunci dalam penelitian ini antara lain adalah : variasi, pompa, daya, debit dan efisiensi.

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

  “ Karakteristik Pompa nifte Energi Termal ” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai

  pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

  Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.

  3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  4. Bapaelaku dosen pembimbing akademik.

  5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin

  7. Orang tua yang selalu memberikan dukungan baik dalam bentuk moril maupun materiil.

  8. Teman – teman yang turut membantu menyelesaikan tugas akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

  Yogyakarta, 18 Maret 2011 Penulis

  DAFTAR ISI

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

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

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................. vi

  

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

KATA PENGANTAR .................................................................................. viii

DAFTAR ISI ................................................................................................. x

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

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiv

  

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

  1.l Latar Belakang ................................................................................ 1

  1.2 Tujuan Penelitian dan Manfaat Penelitian ...................................... 3

  1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 3

  

BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 5

  2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan ................................................. 5

  2.2 Dasar Teori ..................................................................................... 8

  

BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................ .18

  3.1 Deskripsi Alat ................................................................................. 18

  3.2 Variabel yang Divariasikan ............................................................. 19

  3.3 Variabel yang Diukur ...................................................................... 21

  3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 22

  3.5 Analisa Data ....................................................................................24

  3.6 Peralatan Pendukung ....................................................................... 25

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 26

  4.1 Data Penelitian ................................................................................ 26

  4.2 Pembahasan ..................................................................................... 43

  

BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 82

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 82

  5.2 Saran ............................................................................................... 82

  

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 83

LAMPIRAN ................................................................................................... 85

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran dibuka penuh........................... 27Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 22.5 ............................ 27Tabel 4.3 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 45 .............................. 28Tabel 4.4 Data pada variasi ketinggian air berada pada bagian evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 45 .......... 28Tabel 4.5 Data pada variasi ketinggian air berada di bawah evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 45 .......... 29Tabel 4.6 Data pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan air dan kran ditutup 45 ............... 29Tabel 4.7 Data pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan air, kran ditutup 45 dan

  menggunakan variasi kemiringan pada daerah pengembunan............................................................................ 30

Tabel 4.8 Data Pengujian Daya Spiritus................................................... 31Tabel 4.9 Perhitungan Daya Spiritus........................................................ 35Tabel 4.10 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran dibukaTabel 4.11 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan

  kran ditutup 22.5 ................................................................. 37

Tabel 4.12 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan

  kran ditutup 45 ................................................................... 38

Tabel 4.13 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air berada pada bagian evaporator, pendinginan menggunakan udara dan

  kran ditutup 45 ...................................................................39

Tabel 4.14 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air berada di bawah evaporator, pendinginan menggunakan udara dan

  kran ditutup 45 .................................................................. 40

Tabel 4.15 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan air dan

  kran ditutup 45 ...................... ............................................41

Tabel 4.16 Perhitungan pompa pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan air, kran ditutup 45

  dan menggunakan variasi kemiringan pada daerah pengembunan........................................................................ 42

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ............................... 8Gambar 2.2 Sistem Kerja Nifte Pump ............................................................. 9Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ................................... 10Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet ................................... 11Gambar 2.5 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump .......................... 13Gambar 2.6 Sistem Kerja Fluidyn Pump ........................................................ 14Gambar 3.1 Skema Pompa Air Energi Termal ............................................... 18Gambar 3.2 Posisi awal air berada di atas evaporator .................................... 19Gambar 3.3 Posisi awal air berada pada evaporator ....................................... 19Gambar 3.4 Posisi awal air berada di bawah evaporator ................................ 19Gambar 3.5 Kran buka penuh ......................................................................... 20Gambar 3.6 Kran ditutup 22.5 ....................................................................... 20Gambar 3.7 Kran ditutup 45 .......................................................................... 20Gambar 3.8 Daerah pengembun tanpa kemiringan…………………………...20Gambar 3.9 Daerah pengembunan mengg unakan variasi kemiringan………..20Gambar 3.10 Posisi penempatan termokopel

  ………………………………….21

Gambar 3.11 Pengukuran panjang langkah

  ……………………………………21

Gambar 4.1 Panjang langkah pada variasi 1.................................................. 43Gambar 4.2 Panjang langkah pada variasi 2

  ………………………………….44

Gambar 4.3 Panjang langkah pada variasi 3

  ………………………………….45

Gambar 4.5 Panjang langkah pada variasi 5

  ……………………..….……....47

Gambar 4.6 Panjang langkah pada variasi 6

  ………………..……….………48

Gambar 4.7 Panjang langkah pada variasi 7

  ………………..…….…………49

Gambar 4.8 Frekuensi pada variasi 1

  ………………………………………...50

Gambar 4.9 Frekuensi pada variasi 2

  …………………………...…………...51

Gambar 4.10 Frekuensi pada variasi 3

  ……………………….…..……….....51

Gambar 4.11 Frekuensi pada variasi 4

  ……………………………………….52

Gambar 4.12 Frekuensi pada variasi 5

  ……………………...………………..53

Gambar 4.13 Frekuensi pada variasi 6

  …………………..….………………..53

Gambar 4.14 Frekuensi pada variasi 7

  ………………..…….………………..54

Gambar 4.15 Kecepatan pada variasi 1

  ……………..……….……………….55

Gambar 4.16 Kecepatan pada variasi 2

  …………………….……………..….55

Gambar 4.17 Kecepatan pada va riasi 3……………….………………..…….56Gambar 4.18 Kecepatan pada va riasi 4………………….…………..……….57Gambar 4.19 Kecepatan pada va riasi 5…………………….……..………….57Gambar 4.20 Kecepatan pada va riasi 6………………….………………..….58Gambar 4.21 Kecepatan pada va riasi 7…………………….…………..…….59Gambar 4.22 Tekanan pompa pada variasi 1

  ………………………..……….59

Gambar 4.23 Tekanan pompa pada va riasi 2……………………..………….60Gambar 4.24 Tekanan pompa pada va riasi 3…………………..…………….61Gambar 4.25 Tekanan pompa pada va riasi 4………………..……………….61Gambar 4.26 Tekanan pompa pada va riasi 5……………..………………….62Gambar 4.28 Tekanan pompa pada va riasi 7………..……..………………….63Gambar 4.29 Daya pompa pada variasi 1

  …………..………………………….64

Gambar 4.30 Daya pompa pada variasi 2

  …………………………………..….65

Gambar 4.31 Daya pompa pada variasi 3

  ………………………………..…….65

Gambar 4.32 Daya pompa pada variasi 4

  ……………………………..……….66

Gambar 4.33 Daya pompa pada variasi 5

  …………………………..………….67

Gambar 4.34 Daya pompa pada variasi 6

  ………………………..…………….67

Gambar 4.35 Daya pompa pada va riasi 7……………………..……………….68Gambar 4.36 Efisiensi pompa pada variasi 1

  …………………………………..69

Gambar 4.37 Efisiensi pompa pada va riasi 2…………………………………..69Gambar 4.38 Efisiensi pompa pada va riasi 3………………………………..…70Gambar 4.39 Efisiensi pompa pada va riasi 4……………………………..……71Gambar 4.40 Efisiensi pompa pada va riasi 5…………………………..………71Gambar 4.41 Efisiensi pompa pada va riasi 6………………………..…………72Gambar 4.42 Efisiensi pompa pada va riasi 7……………………..……………73Gambar 4.43 Frekuensi dari pipa osilasi

  ………………………..………………74

Gambar 4.44 Frekuensidari pipa nifte

  ………………………..…………………74

Gambar 4.45 Kecepatan osilasi dari pipa osilasi

  …………..……….…………..75

Gambar 4.46 Kecepatan osilasi dari pipa nifte

  …………..……………………..76

Gambar 4.47 D ebit dari pipa osilasi……………………..………….………….76Gambar 4.48 Debit dari pipa nifte……………………....……………………...77Gambar 4.49 Tekanan dari pipa osilasi……………..………………………….78Gambar 4.51 D aya dari pipa osilasi…………………………………………..79Gambar 4.52 D aya dari pipa nifte……………………………………….……80Gambar 4.53 Efisiensi dari pipa osilasi………………………………………80Gambar 4.54 Efisiensi dari pipa nifte………………………………………...81

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih

  banyak lainnya. Selain untuk kebutuhan sehari-hari (minum, mandi, mencuci, dll), air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik yang sangat berguna untuk kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Tetapi itu semua akan menjadi sia-sia jika kita tidak mengolah dengan sebaik-baiknya.

  Untuk memanfaatkan air, manusia memerlukan alat bantu yang digunakan untuk mengumpulkan air. Alat bantu yang digunakan beragam, mulai dari timba air yang menggunakan sistem katrol hingga pompa air yang menggunakan listrik untuk menjalankannya. Namun pada jaman globalisasi ini, untuk memudahkan pekerjaan manusia pompa air yang digerakkan dengan energi listrik (motor listrik) lebih banyak digunakan masyarakat.

  Pompa air yang menggunakan energi listrik digunakan dengan tujuan mempermudah perkerjaan manusia, tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik. Pada tahun 2010 lalu untuk wilayah Daerah Istimewa Yogyakarta terdapat kurang lebih 30% wilayahnya belum bisa menikmati listrik.

  2 Hal itu disebabkan faktor geografisnya yang tidak memungkinkan untuk dilakukannya pemasangan listrik .

  Sedangkan untuk daerah Bengkulu, Sebanyak 222 dari 1.300 desa di Provinsi Bengkulu, hingga kini belum teraliri listrik. Hal itu disebabkan jaringan kabel dari PLN setempat belum menjangkau wilayah mereka.

  Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain.

  Alternatif yang dapat dipakai untuk menggantikan pompa listrik adalah dengan menggunakan pompa air energi termal. Jenis-jenis pompa air energi termal yaitu pompa air energi termal dengan jenis Nifte Pump, pompa air energi termal dengan jenis Fluidyne Pump dan pompa air energi termal dengan jenis pulsejet (Water Pulse Jet).

  3 1.2.

Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan penelitian : 1.

  Membuat model pompa air energi termal jenis nifte.

  2. Mengetahui daya maksimal pompa air energi termal (Wp) yang dapat dihasilkan model pompa air jenis nifte.

  3. Mengetahui debit maksimal pompa air energi termal (Q) yang dapat dihasilkan model pompa air jenis nifte.

  4. Mengetahui efisiensi maksimal yang dapat dihasilkan oleh model pompa air energi termal jenis nifte.

  Manfaat penelitian : 1.

  Menambah kepustakaan atau pengetahuan tentang pompa air energi termal.

  2. Dapat dikembangkan melalui penelitian lanjutan agar dapat dimanfaatkan dimasyarakat luas khususnya pada masyarakat Indonesia.

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

  4 3.

  Massa jenis air diasumsikan 1000 kg/m

  3 4.

  Panas jenis air diasumsikan 4192,47 J/kg °C 5. Rugi – rugi perpindahan panas dari pemanas ke air diabaikan.

  6. Daya pemompaan adalah kapasitas pemompaan pompa nifte yang ditunjukan oleh frekuensi dan panjang langkah yang dihasilkan oleh pipa osilasi.

  Penelitian mengenai pompa nifte ini belum banyak dilakukan, hanya beberapa penelitian saja yang diketahui dari proses pengumpulan sumber yang meneliti tentang pompa energi panas jenis nifte.

  Teknologi NIFTE (Non Inertive Feedback thermofluidic Engine) sedang dikembangkan oleh Dr Tom Smith dan Dr Christos Markides.

  Pompa nifte yang dibuat oleh Smith dan Markides masih belum sempurna namun telah dapat menghasilkan debit sebesar 480 liter/jam dengan energi panas yang diperoleh dari kolektor dengan luas 1 m

  2

  dan panas yang dihasilkan mencapai 600W. ( Smith, 2006 ) Jenis

• – jenis pompa termal yang lain dan pernah dilakukan penelitian antara lain adalah sebagai berikut:

  Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2

• – 5 m ( Mahkamov, 2003 ). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ). Penelitian

kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m ( Wong, 2000 ). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketinggian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus atau hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin ( Wong, 2001 ).

  Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal Menggunakan Pompa Rendam

  ” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 12.68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0.0893 Watt, Efisiensi sistem maksimum sebesar 0.132 %, faktor efisiensi maksimum adalah 57.218 % ( Yulia Venti Yoanita, 2009 ).

  Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39

  CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, e pompa ) maksimum 0.060 fisiensi pompa (η

  % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0.697 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara (Mohammad Suhanto, 2009).

  Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 maksimum adalah 0.167 watt, e ) maksimum 0.213

  pompa

  fisiensi pompa (η %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran 0 ºC dengan pendingin udara (Triyono Setiyo Nugroho, 2009).

  Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 4

  Pipa Pararel ” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah

  0.136 watt, e pompa ) maksimum 0.026 %, dan debit (Q) fisiensi pompa (η maksimum 0.461 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.8 m (Leo Sukoto, 2010).

  Selanjutnya pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan

  Evaporator 2 Pipa Pararel ” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.144 watt, e pompa ) maksimum 0.029 fisiensi pompa (η

  %, dan debit (Q) maksimum 0.588 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.5 m (Sukmarta Putra, 2010).

  Jenis

• – jenis dari pompa energi termal antara lain adalah sebagai berikut, pompa energi termal nifte seperti Gambar 2.1, pompa energi termal menggunakan jenis pulsa jet air (water pulse jet) seperti pada Gambar 2.3, pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti Gambar 2.5.

  Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis nifte pump dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling efisien dibandingkan yang lain.

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte

  ( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of Thomas Smith )

  Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :

  3. Silinder displacer

  8. Kolom difusi

  4. Evaporator

  9. Perpindahan panas

  5. Kondenser

Gambar 2.2 Sistem Kerja Nifte Pump

   ( Sumber : WWW.Wikipedia.co.id )

  Nifte pump memiliki dua silinder vertikal (1 dan 2) yang terhubung pada bagian atas (3), Sambungan lain terdapat di bagian bawah menggunakan katup penghambat atau penutup (4). Pada saat tekanan uap yang dihasilkan oleh evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

  

( Sumber : Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan

Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

  Keterangan Gambar 2.3 : 1.

  Pipa osilasi 7. Selang keluaran 2. Kran osilasi 8. Evaporator 3. Gelas ukur 9. Pendingin 4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida 5. Katup hisap satu arah 11. Rangka

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet

  ( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of Thomas Smith )

  Keterangan bagian-bagian pulse jet :

  1. Fluida air

  5. Tuning pipe

  2. Sisi uap

  6. Katup hisap

  3. Sisi panas

  7. Katup buang

  4. Sisi dingin

  Prinsip kerja pompa air jenis pulsa jet (water pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pada saat pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap bertekanan yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus tetapi siklus ini berlangsung cepat. Pompa ini dilengkapi dengan dua buah katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

Gambar 2.5 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

  ( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid Piston Engines of Thomas Smith )

  Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

  1. Displacer

  6. Katup hisap

  2. Penukar panas

  7. Katup buang

  3. Pemicu regenerasi

  8. Sisi volume mati

  4. Penukar panas

  9. Pengapung

  5. Tuning pipe

Gambar 2.6 Pompa Fluidyn

   ( Sumber : karaktristik pompa fluidyn energi termal Oleh Rinat Risnanda Susetia )

  Keterangan : 1.

  Bak air

  6. Karet 11. rangka 2. Selang

  7. Pipa fluidyn 3. Tabung pendingin

  8. kran 4. Regenerator

  9. Pipa tembaga 5. Pemanas

  10. Pipa osilasi Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan udara dengan tekanan dan temperatur tertentu, sehingga fluida di bagian sisi panas turun dan memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang menyebabkan air terdorong keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan penukar panas, kemudian fluida pada sisi dingin menggantikan atau mengisi kembali fluida sistem di bagian sisi panas

  Frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : f = (Hz) (2.1) dengan : n : jumlah langkah t : waktu yang diperlukan (detik) Kecepatan adalah panjang langkah yang ditempuh tiap satuan waktu.

  Kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : V = f x C (m/detik) (2.2) dengan : f : frekuensi (Hz) C : panjang langkah (m)

  Debit pemompaan yaitu jumlah volume tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan : Q = A x v (m

  3

  /detik) (2.3) dengan : A : luas penampang selang (m) v : kecepatan osilasi air (m/detik) Tekanan yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan :

  P = ρ x g x H (N/m)

  (2.4) dengan : ρ : massa jenis air (kg/m

  3

  ) g : percepatan grafitasi (m/s

  2

  ) H : panjang osilasi pada pipa (m)

  Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan : Wp = P x Q x v x f (Watt) (2.5) dengan :

  P : tekanan yang dihasilkan (N/m) v : kecepatan alir air (m/detik) Q : debit pemompaan (m

  3

  /s) f : frekuensi (Hz) Daya spirtus dapat dihitung dengan persamaan : Wspiritus = (Watt) (2.6) dengan : m : masa air (kg) Cp : kalor jenis air (J/kg

  C) T : perubahan suhu (

  C) t : waktu (detik) Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  

( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

W P (2.7) x 100 % pompa

  Wspiritus

  dengan : Wp : daya pemompaan (watt)

  Wspiritus : daya spiritus (watt)

Gambar 3.1 Skema alat penelitian

  Keterangan : 1.

  Evaporator 4. Pipa Osilasi 7. Rangka 2. Kondenser 5. Kran 3.

  1

  2

  4

  3

  5

  6

  7

Pipa Nifte 6. Pendingin

  Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: a. Variasi fluida pendingin b.

Variasi ketinggian awal air terhadap pemanas

Gambar 3.2 Posisi awal air berada Gambar 3.3 Posisi awal air berada di atas evaporator pada evaporatorGambar 3.4 Posisi awal air berada di bawah evaporator c.

  Variasi bukaan kran ( buka penuh, tutup 22,5° dan tutup 45° )

Gambar 3.5 Kran buka penuh Gambar 3.6 Kran ditutup 22.5Gambar 3.7 Kran ditutup 45 d.

  Variasi kemiringan pada daerah pengembunan.

Gambar 3.8 Daerah pengembun Gambar 3.9 daerah pengembunan tanpa kemiringan menggunakan variasi kemiringan Variabel-variabel yang diukur antara lain : a.

  Suhu (T) T1

  Pada pengembunan (T1) Pada pemanas (T2)

  T2 Pada sebelum pendingin (T3)

  T3 Pada setelah pendingin (T4)

  T4

Gambar 3.10 Posisi penempatan termokopel

  b.

  Panjang langkah (l)

  l a.

  b. Posisi air c.Posisi air . Posisi awal air osilasi naik osilasi turun

Gambar 3.11 Pengukuran panjang langkah c.

  Frekuensi Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), tekanan pompa (P), Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

  Langkah

• – langkah pengambilan data penelitian adalah : a.

  Percobaan pertama 1.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian atas pemanas.

  2. Percobaan pertama kran buka penuh dan udara digunakan sebagai pendingin.

  3. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  4. Pemanas mulai dinyalakan .

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dicatat.

  b.

  Percobaan kedua 1.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian atas pemanas.

  2. Percobaan kedua kran ditutup 22.5 dan pendingin digunakan udara.

  3. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  4. Mulai dinyalakan pemanas.

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dicatat. c.

  Percobaan ketiga 1.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  3. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  2. Percobaan kelima kran ditutup 45 dan pendingin digunakan udara.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian bawah pemanas (evaporator).

  Percobaan kelima 1.

  e.

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dicatat.

  3. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian atas pemanas.

  2. Percobaan keempat kran ditutup 45 dan pendingin digunakan udara.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian pemanas (evaporator).

  Percobaan keempat 1.

  d.

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dinyalakan.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  3. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  2. Percobaan ketiga kran ditutup 45 dan pendingin digunakan udara.

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap f.

  Percobaan keenam 1.

  Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian atas pemanas.

  2. Percobaan keenam kran ditutup 45 dan pendinginan digunakan air.

  3. Pemanas dinyalakan pada pipa pemanas.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  5. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dicatat.

  g.

  Percobaan ketujuh 1.

  Daerah pengembunan diganti dengan variasi kemiringan.

  2. Alat diisi dengan fluida air sampai dengan bagian atas pemanas.

  3. Percobaan ketujuh kran ditutup 45 dan pendinginan digunakan air.

  4. Pemanas disiapkan pada pipa pemanas.

  5. Pemanas mulai dinyalakan .

  6. Suhu, panjang langkah serta waktu osilasi yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit mulai dicatat.

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : panjang langkah (m) dan frekuensi yang didapat dari percobaan digunakan untuk menghitung kecepatan aliran air (V). Dengan mengetahui hasil perhitungan kecepatan (V) maka dapat dihitung debit air yang mengalir (Q). Dari tinggi head (H) maka dapat menghitung tekanan yang terjadi di dalam pompa (P). Dari tekanan pompa, debit, kecepatan alirdan frekuensi dapat menghitung daya pompa (W p ) dan efisiensi pompa ( pompa ).

  η Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a.

   Stopwatch

  Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mulai mengalir sampai air berhenti mengalir.

  b.

  Termokopel Dipakai untuk mengetahui suhu.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Penelitian Data pengujian yang didapat terdiri dari data hasil pengujian spiritus. Berikut data-data yang didapat: Pengambilan Data Pada proses pengambilan data yang dilakukan untuk pompa termal nifte

  pump biberikan sebanyak 7 variasi. Variasi yang diberikan adalah sebagai berikut : Variasi 1: kran dibuka penuh, pendingin menggunakan udara dan posisi awal air di atas evaporator.

  Variasi 2: kran ditutup 22.5 , pendingin menggunakan udara dan posisi awal air di atas evaporator.

  Variasi 3: kran ditutup 45 , pendingin menggunakan udara dan posisi awal air di atas evaporator.

  Variasi 4: kran ditutup 45 pendingin menggunakan udara dan posisi awal air di atas evaporator.

  Variasi 5: kran ditutup 45 tanpa pendingin menggunakan udara dan posisi awal air di atas evaporator.

  Variasi 7: kran ditutup 45 dengan pendingin dan posisi awal air di atas evaporator dengan variasi kemiringan pada sisi pengembunan.

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran dibuka penuh.

  Menit

Langkah air (cm) Frekuensi (Hz) T1(⁰C) T2(⁰C) T3(⁰C) T4(⁰C)

  Keterangan ke osilasi nifte osilasi Nifte

  25

  25

  25

  25 - - - - belum osilasi

  10 44 169

  34

  26

  7

  4.5

  1.69 1.49 osilasi

  20 51 222

  36

  29

  10

  4

  1.50 1.49 osilasi

  30 48 181

  38

  25

  5

  2

  1.52 1.51 osilasi

  40 50 210

  41

  24

  8.5

  3

  1.50 1.54 osilasi

  50 49 192

  43

  32

  7.5

  3

  1.52 1.52 osilasi

  60 50 181

  37

  32

  7

  3

  1.54 1.54 osilasi

  Pada variasi ini osilasi terjadi 1 menit setelah pemanas dinyalakan. Osilasi yang terjadi tidak stabil, hal ini dikarenakan api yang dihasilkan spirtus membesar dan mengecil.

Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 22.5 .

  Menit

Langkah air (cm) Frekuensi (Hz) T1(⁰C) T2(⁰C) T3(⁰C) T4(⁰C)

  Keterangan ke osilasi nifte osilasi Nifte

  25

  25

  25

  25 - - - - belum osilasi

  10 66 204

  43

  32

  16

  6.5

  1.39 1.36 osilasi

  20 60 166

  42

  32

  13

  6

  1.82 1.49 osilasi

  30 57 168

  46

  33

  13

  6

  1.54 1.52 osilasi

  40 58 160

  53

  34

  12

  6.5

  1.54 1.54 osilasi

  50 56 161

  45

  34

  12

  6.3

  1.56 1.56 osilasi

  60 61 171

  52

  35

  12

  6.9

  1.47 1.47 osilasi

  Pada variasi ini osilasi terjadi pada 40 detik setelah pemanas dinyalakan. Osilasi

Tabel 4.3 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 45 .

T1(⁰C) T2(⁰C) T3(⁰C) T4(⁰C) Langkah air (cm) Frekuensi (Hz)

  35

  16

  7

  1.59 1.59 osilasi

  50 59 225

  49

  36

  16

  8.5

  60 62 213

  1.59 1.59 osilasi

  49

  38

  16

  8

  1.49 1.47 osilasi

  Pada variasi ini osilasi terjadi pada 30 detik setelah pemanas dinyalakan. Osilasi yang terjadi mulai dari awal sampai 60 menit pengambilan data terlihat lebih baik.

Tabel 4.4 Data pada variasi ketinggian air berada pada bagian evaporator, pendinginan menggunakan udara dan kran ditutup 45 .

  Menit ke

  Keterangan osilasi nifte osilasi Nifte

  46

  1.49 1.52 osilasi

  40 58 187

  1.53 1.56 osilasi

  Keterangan osilasi nifte osilasi Nifte

  25

  25

  25 25 - - - - belum osilasi

  10 50 165

  38

  30

  14

  7