Pompa air energi thermal dengan evaporator 69 CC dan pemanas 78,24 watt - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  POMPA AIR ENERGI THERMAL DENGAN EVAPORATOR 69 CC DAN PEMANAS 78,24 WATT Tugas Akhir

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh:

  VINCENTIUS ERWAN WIDYARTO WIGUNO NIM : 065214054 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2010

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  THERMAL WATER PUMP WITH EVAPORATOR 69 CC AND HEATER POWER 78,24 WATT Final Project

  Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by

  VINCENTIUS ERWAN WIDYARTO WIGUNO Student Number : 065214054 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

69 CC DAN PEMANAS 78,24 WATT

  Disusun Oleh: Nama : Vincentius Erwan Widyarto Wiguno NIM : 065214054

  Telah disetujui oleh: Pembimbing Utama

  Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. tanggal ............. 2010

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

TUGAS AKHIR

POMPA AIR ENERGTERMALDENGAN EVAPORATOR 69 CC

DAN PEMANAS 78,24 WATT

  Disiapkan dan ditulis oleh Vincentius Erwan Widyarto Wiguno

  

NIM : 065214054

  Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal 29 Juli 2010

  Dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda tangan Ketua : I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T, …..................

  Sekretaris : RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si ....................... Anggota : Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. ......................

  Yogyakarta, ……………….. 2010 Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan, Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi. 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, 15 Januari 2010 Penulis

  Vincentius Erwan Widyarto Wiguno

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

  Nama : Vincentius Erwan Widyarto Wiguno Nim : 065214054

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah saya yang berjudul :

  

POMPA AIR ENERGTERMALDENGAN EVAPORATOR 69 CC

DAN PEMANAS 78,24 WATT

  beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan 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 memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

  Yogyakarta,15 Januari 2010 Vincentius Erwan Widyarto Wiguno

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

INTISARI

  Air merupakan kebutuhan hidup sehari-hari bagi semua manusia, baik untuk kebutuhan rumah tangga (memasak, mencuci dan lain-lain) maupun utuk kebutuhan industri (sebagai fluida pendingin mesin dan benda kerja). Akan tetapi hingga saat ini dibeberapa daerah masih terdapat kendala dalam memperoleh air. Hal ini disebabkan oleh letak geografis suatu daerah, contohnya dipermukiman daerah perbukitan dengan sumber air yang rendah dan mengguna pompa air listrik yang tidak ekonomis. Sebagai altenatif, masyarakat maupun industri dapat menggunakan pompa air energi alam yaitu dengan menggunakan energi surya (radiasi surya), yang lebih ekonomis. Oleh karena itu, penelitian ini untuk menjajaki segala kemungkinan dari pemanfaatan pompa energi surya (energi thermal).

  Didalam penelitian ini digunakan pompa air energi thermal dengan menggunakan bahan bakar spritus dan untuk selanjutnya akan dikembangkan dengan menggunakan pemanas dari kolektor surya plat datar jenis CPC

  

(Compound Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang

  karakteristik kolektor surya jenis CPC tersebut. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu dengan mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efisiensi pompa air energi thermal jenis puls jet air (Water Pulse Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar dengan CPC.

  Pompa air energi thermal terdiri dari 4 komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning tipe (pipa pengatur). Sedangkan bagian utama dari kolektor yaitu : (1) frefrektor dengan alumunium foil, (2) pipa riser dan (3) CPC (Compound Parabolic Collector). Variabel-variabel yang diukur adalah temperature sisi bawah evaporator (T

  1 ), temperatur sisi dibawah pemanas spritus

  (T

  2 ), temperatur sisi uap (T 3 ), temperatur udara sekitar (T 4 ), temperatur pipa besar

  pada evaporator kolektor (T ), temperatur sisi masuk kolektor (T ) temperatur

  5

  6

  pipa kecil evaporator (T ), temperatur sisi masuk kolektor (T ), dan radiasi surya

  7

  8

  yang datang (G). variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian

  o o o

  head (1,75 m, 1,50 m dan 1 m), bukaan kran (0 , 15 , 30 ) dan variasi pendingin (udara dan air). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan radiasi surya yang datang (Gt), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (  pompa ) dan daya spiritus (W spirtus ).

  Hasil dari penelitian ini adalah untuk mengetahui daya dan efisiensi pompa air energi thermal jenis puls jet air (water pulse jet), efesiensi kolektor dan faktor efisiensi kolektor surya plat datar dengan CPC. Dan hasil dari penelitian ini disimpulkan untuk debit maksimum (Q) 0,568 liter/menit, daya pompa maksimum (Wp) 0,162 watt, efisiensi pompa maksimum (  pompa ) 0,208%, factor efisiensi kolektor maksimum (F’) 1,066, efisiensi kolektor maksimum (  kolektor ) 9,547%.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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. 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 Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

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

  5. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  6. 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.

  7. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  8. Kedua Orang Tua saya yang telah membesarkan, mendidik,membiayai dan selalu memberikan dukungan dan motivasi dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  9. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin khususnya angkatan 2006 yang telah berjuang bersama dan memberikan masukan-masukan serta dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhir.

  10. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan 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 Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL............................................................................................. i TITLE PAGE ........................................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................... v

  INTISARI.............................................................................................................. vii KATA PENGANTAR .......................................................................................... viii DAFTAR ISI......................................................................................................... x DAFTAR TABEL................................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii

  BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.l Latar Belakang .................................................................................... 1

  1.2 Perumusan Masalah ............................................................................ 2

  1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................................... 3

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

  2.1. Penelitian yang pernah dilakukan ...................................................... 5

  2.2 Dasar teori ........................................................................................... 5

  BAB III. METODE PENELITIAN....................................................................... 15

  3.1 Deskripi Alat ....................................................................................... 15

  3.2 Prinsip Kerja Alat................................................................................ 17

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.4 Variabel Yang Diukur ......................................................................... 20

  3.5 Metode pengambilan Data .................................................................. 22

  3.6 Analisa Data ........................................................................................ 23

  3.7 Peralatan Pendukung........................................................................... 23

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 25

  4.1 Data penelitian .................................................................................... 25

  4.2 Perhitungan ......................................................................................... 37

  4.3 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan......................................... 42

  BAB V. PENUTUP

  5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 58

  5.2 Saran.................................................................................................... 58 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 59 LAMPIRAN.......................................................................................................... 60

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR TABEL

  4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 25

  4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 25

  4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Kran Tertutup 15  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 26

  4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Kran Tertutup 15  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 26

  4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Kran Tertutup 30  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 26

  4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Kran Tertutup 30  dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m..................................................................... 27

  4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m ................ 27

  4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m ................ 28

  4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m ................. 28

  4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m .............. 29

  4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m .................... 29

  4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m .................. 29

  4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara............................ 30

  4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara .......................... 30

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air............................... 31

  4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran .............................................. 31

  4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head ........................................ 32

  4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin ................................................... 32

  4.20 Data I Temperatur Penelitian Kolektor CPC ................................................ 33

  4.21 Data II Temperatur Penelitian Kolektor CPC............................................... 33

  4.22 Data III Temperatur Penelitian Kolektor CPC.............................................. 34

  4.23 Data IV Temperatur Penelitian Kolektor CPC ............................................. 35

  4.24 Data Suhu Spiritus ........................................................................................ 36

  4.25 Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head............................................... 38

  4.26 Perhitungan Pompa Variasi Bukaan Kran..................................................... 38

  4.27 Perhitungan Pompa Variasi Jenis Pendingin................................................. 39

  4.28 Perhitungan Data I Pada Penelitian Kolektor CPC....................................... 40

  4.29 Perhitungan Data II Pada Penelitian Kolektor CPC ..................................... 41

  4.30 Perhitungan Data III Pada Penelitian Kolektor CPC .................................... 41

  4.31 Perhitungan Data IV Pada Penelitian Kolektor CPC.................................... 42

  DAFTAR GAMBAR

  3.4 Variasi Bukaan Kran .................................................................................... 19

  4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 0  dan Pendingin Udara .........................................................44

  4.2 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa............................................................................................ 43

  4.1 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa ................................................................................................. 42

  3.8 Posisi Termokopel Pada Kolektor................................................................ 21

  3.7 Posisi Termokopel Pada Pompa................................................................... 21

  3.6 Variasi Pendingin ......................................................................................... 20

  3.5 Variasi Ketinggian Head .............................................................................. 19

  3.3 CPC Pada Kolektor ...................................................................................... 16

  2.1 Jenis Pompa Puls Jet Air .............................................................................. 6

  3.2 Detail Evaporator ......................................................................................... 16

  3.1 Deskripsi Alat .............................................................................................. 15

  2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis Piringan ........................................................ 13

  2.6 Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung.......................................................... 12

  2.5 Kolektor Plat Datar Evacuated Tube............................................................ 11

  2.4 Kolektor Plat Datar Konvensional ............................................................... 11

  2.3 Jenis Pompa Nifte ........................................................................................ 7

  2.2 Jenis Pompa Fluidyn .................................................................................... 7

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Head 1,50 m Bukaan Kran 0

   dan Pendingin Udara .........................................................45

  4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Head 1 m Bukaan Kran 0  dan Pendingin Udara .........................................................46

  4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 15  dan Pendingin Udara .......................................................47

  4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Head 1,75 m

  Bukaan Kran 30  dan Pendingin Udara .......................................................48

  4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Variasi Pendingin Air 1,75 m Bukaan Kran 0  dan Pendingin Udara .........................................................49

  4.9 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor dan F’ Pada Data I Kolektor CPC............................................................................................... 50

  4.10 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor dan F’ Pada Data II Kolektor CPC............................................................................................... 51

  4.11 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor dan F’ Pada Data III Kolektor CPC............................................................................................... 52

  4.12 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC............................................................................................... 53

  4.13 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Data I Kolektor CPC ...............54

  4.14 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Data II Kolektor CPC..............55

  4.15 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Data III Kolektor CPC ............56

  4.16 Grafik Hubungan t (menit) vs T ( C) Pada Data IV Kolektor CPC ............57

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Air merupakan keperluan sehari-hari masyarakat (untuk minum, memasak, mencuci, dll). Air juga diperlukan untuk proses-proses tertentu didalam industri. Sumber air umumnya terletak lebih rendah sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkannya.

  Pompa air dapat digerakkan dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi yang menjadi permasalahan disini adalah 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 atau energi listrik menyebabkan penyediaan dana dan biaya produksi di industri menjadi mahal sehingga mengurangi kemampuan sebagian masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain dan membuat harga jual produk industri menjadi mahal.

  Selain bahan bakar minyak, sebenarnya ada energi alternatif yang lain yang dapat digunakan sebagai penggerak pompa air, salah satunya adalah energi panas. Energi panas dapat berasal dari bahan bakar selain minyak bumi misalnya batu bara dan biogas/massa. Energi panas juga dapat berasal dari alam (panas bumi) atau panas buangan dari suatu proses di industri. Tetapi informasi tentang unjuk kerja pompa air energi panas di Indonesia belum

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya.

  Asumsi lain adalah memanfaatkan sumber energi alam untuk memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut maka sumber- sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi termal.

  Pemanfaatan energi termal untuk memompa air dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu : 1) Pompa air energi termal dengan jenis pulsajet ( water jet puls ), 2) Pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump, 3) Pompa air energi termal dengan jenis nifte pump.

  Pada penelitian ini menggunakan pompa air jenis pulsajet air karena merupakan jenis pompa yang paling sederhana serta meneliti jenis kolektor surya plat datar jenis Compound Parabolic Collector (CPC) merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan untuk pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.

1.2. Perumusan Masalah

  Unjuk kerja pompa air energi surya termal tergantung pada lama waktu penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang diperlukan untuk penguapan tergantung pada efisiensi kolektor dalam

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  mengumpulkan energi surya 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 surya termal dengan menggunakan fluida air (fluida kerja ini dipilih karena mudah didapat

  o

  dan mempunyai titik didih sekitar 100

  C) pada beberapa variasi jumlah massa fluida dan besar head pemompaan. Variasi jenis fluida kerja, jumlah massa fluida kerja dan besar head pemompaan ini akan diteliti pengaruhnya terhadap unjuk kerja alat (terutama daya pemompaan, efisiensi sistem dan debit yang dapat dihasilkan). Kolektor surya yang digunakan adalah jenis pelat datar, karena jenis kolektor ini sederhana, mudah dibuat dan dapat menghasilkan temperatur yang cukup untuk menguapkan fluida kerja yang dipakai. Konstruksi kondenser dan pompa dibuat sesederhana mungkin dengan bahan- bahan yang mudah didapat sehingga diharapkan dapat dibuat sendiri oleh masyarakat.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan peneliti yaitu : 1. Mengetahui daya pompa maksimum (Wp).

2. Mengetahui efisiensi pompa maksimum (η pompa).

  3. Mengetahui debit maksimum (Q).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4. Mengetahui faktor efisiensi kolektor. (F’).

  5. Mengetahui efisiensi kolektor (η kolektor)

  Manfaat penelitian yaitu : 1. Menambah kepustakan teknologi pompa air energi panas.

2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

  proto type dan produk teknologi pompa air dengan energi panas yang dapat diterima industri /masyarakat sehingga dapat meningkatkan

  .

  kesejahteraan

  3. Mengetahui cara kerja dan variasi pompa air energi thermal sehingga didapatkan hasil yang maksimal dalam memompa air.

  4. Menggurangi ketergantungan masyarakat pada minyak bumi dan listrik.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

  2.1. Penelitian yang pernah dilakukan

  Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian pompa energi panas berbasis motor

  

stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m

  (Mahkamov, 2003), Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus / 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).

  2.2. Dasar Teori

  Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (water puls jet), pompa air energi termal dengan jenis

  

fluidyn pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water puls jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus kaerena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain. Untuk adalah pompa air energi termal sebagai berikut

  Jenis Pompa Puls Jet Air dapat dilihat pada gambar 2.1 Keterangan : 1. Fluida air

  2. Sisi uap

  3. Sisi panas

  4. Sisi dingin

  5. Tuning pipe

  6. Katup hisap

  7. Katup buang

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Jenis Pompa Fluidyn dapat dilihat pada gambar 2.2 Keterangan : 1. Displacer

  2. Penukar panas

  3. Pemicu regenerasi

  4. Penukar panas

  5. Tuning pipe

  6. Katup hisap

  7. Katup buang

  8. Sisi volume mati

  9. Pengapung Jenis Pompa Nifte dapat dilihat pada gambar 2.3

  Keterangan :

  1. Kekuatan piston

  2. Beban

  3. Silinder displacer

  4. Evaporator

  5. Kondenser

  6. Katup

  7. Saturator

  8. Difusi kolom

  9. Perpindahan panas

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Prinsip kerjanya secara sederhana pada jenis-jenis pompa termal diatas hampir semuanya sama, mula-mula saat fluida dalam evaporator terpanasi fluida dalam evaporator akan menguap dan saat memiliki tekanan yang cukup mendorong fluida dalam system dan terjadilah pemompaan. Setelah terjadi proses penguapan maka terjadi proses pengembunan karna fluida dalam evaporator menguap maka tidak ada fluida yang dipansi dan terjadilah penurunan suhu pada evaporator dan terjadi penurunan volume isi. Karna sistem dalam kondisi vakum akan terjadi proses penyerapan fluida dari sumber. Hal ini terjadi karena saat pengembunan terjadi penurunan masajenis sehingga terjadi penurunan volume isi dan tekanan dalam evaporator yang menyebabkan fluida akan tersedot kedalam sistem. Kerja pompa menekan dan menghisap akan terjadi bergantian dan terus menerus dan continue selang waktu tertentu.

  Untuk mengetahui unjuk kerja jenis jenis pompa dilakukan penelitian serta perhitungan untuk mendapatkan diantaranya: Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan:

  V Q 

  (2.1)

  t

  dengan: v : volume air tiap satuan waktu (ml) t : waktu yang diperlukan (menit)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

  

W   . g . Q . H

  (2.2)

  P

  dengan:

  3

   : massa jenis air (kg/m )

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s )

3 Q : debit pemompaan (m /s)

  H : head pemompaan (m) Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

   m . c . T p

   W spirtus

  (2.3)

  t

  dengan : m air : massa air (kg) C : panas jenis air (J/(kg.K)

  p o

  C) Δ T : kenaikan temperatur ( t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (s)

  Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya pemanas yang dihasilkan .

  Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  W P   pompa

  Wspritus (2.4)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dengan : Wp : daya pemompaan (Watt) Wspritus : daya spritus (Watt) Kolektor plat datar

  Untuk pengembangan selanjutnya, dari pompa air yang menggunakan pemanas spirtus ini akan dilakukan dengan pemanfaatan energi surya yang menggunakan kolektor sebagai alat pemanasnya. Pompa Kolektor plat datar terdapat 2 jenis yaitu kolektor plat datar konvensional dan kolektor plat datar

  

evacuated tube . Jenis kolektor plat datar konvensional adalah jenis yang paling

  umum digunakan. Pada prinsipnya terdiri dari kotak berisolasi di dalamnya terdapat reflektor dari alumunium foil yang menangkap radiasi surya yang datang dan dipantulkan ke pipa riser dan cpc dari kayu sebagai penyangga pipa sekaligus sebagai parabola untuk memfokuskan pemanasan pipa riser. Energi surya diterima reflektor dikonversikan menjadi panas kemudian fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dan menuju ke evaporator. Jenis kolektor plat datar evacuated terdiri dari beberapa tabung individual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari beberapa tabung kosentris.

  O

  Jenis kolektor plat datar evacuated tube ini dapat mencapai temperatur 120 C dan dapat dimanfaatkan untuk sistem pendingin absorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.4 Kolektor Plat Datar Konvensional

  Gambar.2.5 Kolektor Plat Datar Evacuated Tube Kolektor Plat Parabolik

  Kolektor ini menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu.Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam. Ada

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  (Dish).Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat

  O O

  menghasilkan temperatur 90 C sampai 290 C dengan efisiensi  maks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja. Jenis piringan (dish) kemampuan

  O

  pemanasannya lebih besar dari jenis Trough, dapat mencapai temperatur 800 C dengan efisiensi  tertinggi 70%. Karena titik fokusnya hanya 1 maka jenis ini harus selalu mengikuti gerak matahari karenanya jenis ini memiliki 2 sumbu gerak.Modifikasi jenis ini dapat digunakan untuk menggerakkan Heat Engine kecil yang menggerakkan generator listrik untuk menghasilkan listrik sehingga pemindahan energinya menggunakan kabel dan bukan pipa.

Gambar 2.6 Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis Piringan

  Faktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor. Faktor efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan:

  

dT

_s m . c . _{s s}

d 

F ' 

  (2.5)

  Ac .    .  . G  U .( T  T )

 

_{L s 2 a}

  dengan : F’ : faktor efisiensi m : massa oli evaporator ( kg )

  s

  c s : panas jenis oli (J/(kg.K)) θ : waktu pemanasan oli ( s )

2 Ac : luasan kolektor ( m )

  τ.α : transfusifitas kaca

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2 U L : faktor koefisien panas di kolektor W/(m K)

  T s2 : temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (

  C) T a : temperatur lingkungan (

  C) Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam kolektor dari temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah energi termal yang datang selama interval waktu tertentu.

  m C T . .  f P

    (2.6) kolektor

  Ac G dt . .

  dengan :

2 Ac : luasan kolektor (m )

  C P : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K)) dt : lama waktu pemanasan (s)

  2 G : radiasi surya yang datang (W/m )

  m f : massa fluida kerja pada evaporator (kg) : kenaikan temperatur spritus (

  C) ΔT

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

  Pompa termal Kolektor surya

Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian

  Keterangan pompa :

  1. Tuning pipe

  7. Selang keluaran

  2. Kran osilasi

  8. Evaporator

  3. Gelas ukur

  9. Pendingin

  4. Tangki hisap

  10. Kran pengisi fluida

  5. Katup hisap satu arah

  11. Rangka

  6. Katup buang satu arah

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Keterangan kolektor surya:

  1. Isolasi

  2. Reflektor

  3. Pipa Tembaga

  4. CPC

  5. Rangka

  6. Evaporator

Gambar 3.2 Detail Evaporator Gambar 3.3 CPC Pada Kolektor

  Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:

  1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian yang dipanasi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2. Kotak pemanas / pembakar dengan bahan bakar spirtus

  3. Pendingin yaitu terdiri dari udara alami dan air dari kondenser /

  thermosifon

  4. Tuning pipe atau pipa osilasi Kolektor surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

  1. Reflektor dengan aluminium foil

  2. Pipa Tembaga

  3. CPC (Compound Parabolic Collector )

3.2 Prinsip Kerja Alat

  Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut : Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water puls jet

  

pump). Kondenser yang digunakan terbuat dari pipa pvc. Pada penelitian ini

  menggunakan dua macam pendingin sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki yang dihubungkan ke kondenser dengan pipa evaporator Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami dan pendingin udara (alami).

  Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan pluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup air dalam sistem terdorong keluar melelui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap 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 namun siklus ini berlangsung cepat. 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. Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut :

  Kolektor yang digunakan adalah jenis kolektor CPC. Fluida yang digunakan didalam pipa evaporator yaitu oli. Kolektor menerima radiasi Energi surya yang datang dipantulkan oleh reflektor ke pipa riser yang berisi fluida oli. Oli yang panas akan mengalir secara alami ke dalam evaporator yang terletak diatas kolektor. Panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja pada pipa kecil bagian tengah evaporator yang dihubungkan ke pompa.

3.3 Variabel Yang Divariasikan

  Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:

  1. Variasi bukaan kran yaitu 0º terbuka penuh, tertutup 15º, dan tertutup 30 º

  2. Variasi ketinggian head yaitu 1 m, 1,50 m, dan 1,75 m 3. Variasi pendinginan yaitu udara dan air.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Bukaan kran 0º Bukan kraan 15º Bukaan 30º

Gambar 3.4 Variasi Bukaan KranGambar 3.5 Variasi Ketinggian Head

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Evaporator Pendingin air

Gambar 3.6 Variasi Pendinginan

3.4 Variabel yang Diukur

  Variabel-variabel yang diukur yaitu temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3) temperatur udara sekitar (T4), temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi keluar kolektor (T6), temperatur evaporator pada pipa kecil (T7), temperatur kolektor masuk ke evaporator (T8), dan radiasi surya yang datang (G). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan radiasi surya yang datang (Gt), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor), debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa) serta daya spirtus (W spirtus)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada PompaGambar 3.8 Posisi Termokopel Pada Kolektor

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data

  Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung.

  Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah – langkah pengambilan data pompa :

  1. Alat diatur pada ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0º dengan pendingin udara.

  2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

  3. Memasang alat ukur yang digunakan.

  4. Mengisi bahan bakar spirtus.

  5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

  6. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4, t out dan volume air yang dihasilkan pompa

  7. Ulangi no 1 – 6 pada variasi yang selanjutnya.

  Langkah – langkah pengambilan data kolektor :

  1. Persiapan alat

  2. Mengisi fluida kerja kolektor dengan fluida kerja oli

  3. Pemanasan kolektor dibawah terik sinar matahari langsung

  4. Mencatat suhu T5, T6, T7, T8 dan radiasi surya yang datang pada rentang waktu tertentu (G ).

  5. Ulangi no 1 – 4 untuk mendapatkan keseluruhan data percobaan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.6 Analisa Data

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (W p ) dan efisiensi pompa ( pompa )

  η Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian kolektor yaitu : temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8),dan radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor) Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : variasi vs daya pemompaan vs efisiensi pompa, t(menit) vs T pompa (ºC), t (menit) vs efisiensi kolektor vs faktor efisiensi kolektor dan t(menit) vs T kolektor (ºC).

  3.7 Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

a. Solar Meter

  Alat ini berfungsi untuk melihat radiasi surya yang datang dalam

2 W/m .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

b. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir .

  c. Gelas Ukur Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.

  d. Ember Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.

  f. Thermo Logger Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit.

  g. Termokopel Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

  75

  25 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  55

  64

  57

  24 18:44

  35

  43

  42

  18:42

  

Waktu T1 T2 T3 T4

  25 Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º Dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m

  43

  Pada pengambilan data penelitian ini memperoleh data pompa dan kolektor seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.23.

Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º

  24 18:32

  Dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m

  

Waktu T1 T2 T3 T4

  18:30

  27

  26

  25

  35

  25 18:36

  45

  35

  25 18:34

  60

  74

  43

  61

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  18:48

  59

  67

  57

  24 Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Kran Tertutup 15° Dengan Variasi Ketinggian Head 1,75 m

  25 Waktu T1 T2 T3 T4

  18:51

  51

  58