Presented as a meaning for gaining engineering holder in Mechanical Engineering study programme

  

POMPA AIR ENERGI SURYA DENGAN

FLUIDA KERJA SPIRITUS

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Sains dan Teknologi

Diajukan oleh :

  

Ant. Hendry Kusbiyanto

NIM : 045214007

Kepada :

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

SOLAR ENERGY WATER PUMP WITH RUBBING ALCOHOL AS WORKING FLUID

  

Presented as a meaning

for gaining engineering holder

in Mechanical Engineering study programme

  

By :

Ant. Hendry Kusbiyanto

Student Number : 045214007

  

To :

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

  

ABSTRAK

Sumber air umumnya terletak lebih rendah dari tempat air tersebut digunakan,

sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat dimana air

tersebut digunakan.

  Dalam kehidupan sehari–hari banyak kita jumpai, pompa air yang dioperasikan

menggunakan 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.

  Selain bahan bakar minyak, sebenarnya ada energi alternatif lain yang dapat

digunakan untuk penggerak pompa air, salah satunya adalah energi termal. Sebagai

contoh energi termal dapat berasal dari alam (radiasi sinar matahari). Tetapi informasi

tentang unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu

dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya.

  Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu untuk menjajagi

kemungkinan pembuatan pompa air energi surya menggunakan sumber panas dari radiasi

sinar matahari. Hal ini didasari kebutuhan masyarakat akan air. Dari penelitian ini dapat

diketahui debit, head, efisiensi kolektor dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan..

  Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air menggunakan pompa membran,

dengan menggunakan fluida kerja spirtus. Pompa air energi surya umumnya terdiri dari 3

(tiga) komponen utama yaitu: (1) evaporator, (2) pompa air dan (3) kondenser.

  Sebagai data diperlukan variabel-variabel yang harus diukur antara lain

temperatur fluida kerja mula-mula (T f2 minimum ), temperatur fluida kerja setelah selang

waktu tertentu (T f2 maksimum ), temperatur air pendingin masuk kondenser (T k1 ), temperatur

air pendingin keluar kondenser (T ), dan radiasi surya yang datang (G). Untuk

k2

selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan

massa uap fluida kerja (m g ), daya pemompaan (Wp), fraksi uap (X uap ), efisiensi kolektor

( η C ) dan efisiensi sistem ( η Sistem ). Efisiensi kolektor terdiri dari efisiensi sensibel kolektor

( ) dan efisiensi laten kolektor ( ).

  η S η L Dari hasil penelitian di peroleh efisiensi sensibel kolektor maksimal sebesar

370,15 %, terjadi pada ketinggian head 1meter dengan menggunakan fluida kerja mula-

mula sebanyak 280 gram gr. Efisiensi laten maksimal sebesar 36 % terjadi pada

ketinggian head 1 meter dengan menggunakan fluida kerja mula-mula sebanyak 280 gr.

Efisiensi sistem maksimal sebesar 0,3794 % terjadi pada ketinggian head 2 meter

dengan menggunakan fluida kerja mula-mula sebanyak 650 gr. Debit maksimal sebesar

  3

0,00001 m /s terjadi pada ketinggian head pemompaan 1 meter dengan menggunakan

fluida mula-mula sebanyak 450 gr. Dari data penelitian yang diperoleh daya pompa

maksimal sebesar 0,788 Watt, terjadi pada ketinggian head 1,5 meter dengan

menggunakan fluida kerja mula-mula sebanyak 450 gr

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

  

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

  4. 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.

  

7. Teman Temanku diantaranya: Greeess,Wawan, Eko ,Ableng, Tika, Dian,Tina,

Angga, dan semua teman-teman Kost wisma Prasetiar yang telah memberi semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Unit kerja laboratorium Universitas Sanata Dharma .

  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.

  Yogyakarta ,24 september 2008 Penulis

  

DAFTAR ISI

Halaman judul..................................................................................................... i

Title page.............................................................................................................. ii

Pengesahan .......................................................................................................... iii

Pernyataan ........................................................................................................... v

Abstrak................................................................................................................. vi

Kata Pengantar...................................................................................................viii

Daftar isi............................................................................................................... ix

Daftar gambar................................................................................................... xii

Daftar tabel.........................................................................................................xiv

  3.3 Metode pengumpulan data ......................................................... 12

  4.1.5 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 450 gr ketinggian 1,5 meter.. 25

  4.1.4 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 450 gr ketinggian 1 meter...... 23

  4.1.3 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 280 gr ketinggian 2 meter ......21

  4.1.2 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 280 gr ketinggian 1,5 meter... 19

  4.1.1 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 280 gr ketinggian 1 meter...... 17

  4.1 Data penelitian ............................................................................ 17

  

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN.................................. 17

  3.8 Jalanya Penelitian....................................................................... 15

  3.7 Analisa data................................................................................ 14

  3.6 Variabel ang divariasikan........................................................... 14

  3.5 Peralatan pendukung .................................................................. 13

  3.4 Sarana penelitian ........................................................................ 13

  3.2 Cara keja alat.............................................................................. 11

  

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

  3.1 Skema Alat ................................................................................. 10

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................ 10

  2.2 Tinjaun Pustaka .......................................................................... 8

  2.1.2 Efisiensi laten Kolektor................................................... 6

  2.1.1 Efisiensi Sensibel Kolektor ............................................. 5

  2.1 Efisiensi...................................................................................... 5

  

BAB II LANDASAN TEORI................................................................... 4

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

  1.4 Batasan masalah ......................................................................... 3

  1.3 Tujuan ........................................................................................ 3

  1.2 Perumusan masalah .................................................................... 2

  1.1 Latar belakang ............................................................................ 1

  4.1.6 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 450 gr ketinggian 2 meter ... 28

  4.1.7 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 670 gr ketinggian 1 meter...... 30

  4.1.8 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 670 gr ketinggian 1,5 meter....32

  4.1.9 Pompa Energi Surya dengan Kolektor Parabola Silinder fluida spirtus dengan tabung 670 gr ketinggian 2 meter.......35

  4.2 Pengolahan dan perhitungan ....................................................... 37

  4.2.1 Rumus Efisiensi Sensibel Kolektor.................................... 37

  4.2.2 Rumus Efisiensi Laten Koektor ......................................... 37

  4.2.3 Rumus Daya Pemompaan ................................................. 37

  4.2.4 Rumus Sistem Kolektor..................................................... 37

  4.3.1 Perhitungan Pompa energi Surya dengan Parabola Siinder fluida spirtus..................................................................................

  38 4.3.3.a Fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1 meter...................................................... 38 4.2.3.b Fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1,5 meter.................................................... 42 4.2.3.c Fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 2 meter..................................................... 43

  4.3.2 Perhitungan Pompa energi Surya dengan Parabola Silinder fluida spirtus............................................................................................44 4.3.4.a Fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1 meter...................................................... 44 4.3.4.b Fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1,5 meter................................................... .48 4.3.4.c Fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 2 meter..................................................... . 49

  4.3.3 Perhitungan Pompa energi Surya dengan Parabola Siinder fluida spirtus........................................................................................... 50 4.3.3.a Fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1 meter...................................................... 50 4.3.3.b Fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1,5 meter...................................................54 4.3.3.c Fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 2 meter...................................................... 55

  4.3.4 Analisa Data ................................................................................. 49

  4.3.4.1 Grafik hubungan antara efisiensi sensibel kolektor dengan waktu.......................................................................49

  4.3.4.2 Grafik hubungan antara efisiensi laten kolektor dengan waktu........................................................................53

  4.3.4.3 Grafik hubungan antara efisiensi sistem kolektor dengan waktu....................................................................... 56

  4.3.4.4 Grafik hubungan antara daya pemompaan dengan waktu....................................................................... 63

  4.3.4.5 Grafik hubungan antara debit pemompaan

  4.4.4.6 Grafik hubungan fluida kerja spirtus dengan fluida kerja air.....................................................................69 4.4.4.6.a Grafik hubungan antara daya pemompaan dengan waktu ............................................................69 4.4.4.6.b Grafik hubungan antara efisiensi sistem kolektor dengan waktu..............................................................72

  BAB V PENUTUP .................................................................................... 75

  5.1 Kesimpulan ............................................................................... 75

  5.2 Saran .......................................................................................... 75

  5.3 Penutup....................................................................................... 76

  Daftar Pustaka................................................................................................... 77 Lampiran

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Skema alat penelitian......................................................................... 10Gambar 4.1 Grafik hubungan efisiensi sensibel kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1 meter ................................................. . 49Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi sensibel kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter................................................. 57Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi sensibel kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 2 meter................................................ . 58Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi laten kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1 meter ....................................................58Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi laten kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter....................... ..................... ...59Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi laten kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 2 meter ................................................. 60Gambar 4.7 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1 meter .................................................. 61Gambar 4.8 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter..................................................61Gambar 4.9 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 2 meter .................................................. 62Gambar 4.11 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter................................................. 64Gambar 4.12 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu dengan head pemompaan 2 meter ...................................................65Gambar 4.13 Grafik hubungan debit pemompaan dengan efisiensi sistem kolektor dengan head pemompaan 1 meter..................................... 66Gambar 4.14 Grafik hubungan debit pemompaan dengan efisiensi sistem kolektor dengan head pemompaan 1,5 meter.................................. 67Gambar 4.15 Grafik hubungan debit pemompaan dengan efisiensi sistem kolektor dengan head pemompaan 2 meter .................................. 68Gambar 4.16 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu dengan head pemompaan 1 meter untuk fluida kerja spirtus dan air.......... 69Gambar 4.17 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter untuk fluida kerja spirtus dan air.........70Gambar 4.18 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu dengan head pemompaan 2 meter untuk fluida kerja spirtus dan air.......... 71Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1 meter untuk fluida kerja spirtus dan air........... 72Gambar 4.20 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan head pemompaan 1,5 meter untuk fluida kerja spirtus dan air........ 73Gambar 4.21 Grafik hubungan efisiensi sistem kolektor dengan waktu dengan

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1 meter............................ 17Tabel 4.2 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1,5 meter .........................19Tabel 4.3 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 2 meter ............................22Tabel 4.4 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1 meter ............................24Tabel 4.5 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1,5 meter ........................ 26Tabel 4.6 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 2 meter............................28Tabel 4.7 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1 meter ........................... 30Tabel 4.8 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1,5 meter ........................ 33Tabel 4.9 Data Pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 2 meter ........................... 35Tabel 4.10 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1 meter............................ 40Tabel 4.11 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 1,5 meter........................ 42Tabel 4.12 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 280 gr pada ketinggian 2 meter............................ 43Tabel 4.13 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1 meter............................ 47Tabel 4.14 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 1,5 meter......................... 48Tabel 4.15 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 450 gr pada ketinggian 2 meter............................ 49Tabel 4.16 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1 meter............................ 53Tabel 4.17 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 1,5 meter......................... 54Tabel 4.18 Hasil Perhitungan pompa energi surya dengan fluida spirtus dengan tabung 670 gr pada ketinggian 2 meter............................ 55

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 bagi masyarakat terutama

  2 masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya

sangat terbatas. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi yang sederhana dan

murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air.

Informasi tentang unjuk kerja kolektor termal untuk memompa air atau yang lebih

sering disebut pompa air 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 dalam 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 termal dengan

menggunakan fluida kerja spirtus pada beberapa variasi jumlah massa fluida dan

diteliti pengaruhnya pada unjuk kerja alat. Konstruksi kolektor, kondenser dan pompa

dibuat sesederhana mungkin dengan bahan-bahan yang mudah didapat sehingga

diharapkan dapat dibuat sendiri oleh masyarakat.

  3

1.3 Tujuan Penelitian

  

1. Mengetahui debit, head, efisiensi kolektor dan efisiensi pompa yang dapat

dihasilkan.

  2. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain.

1.4 Batasan Masalah

  1. Fluida kerja yang digunakan adalah spirtus ( titik didih 65 C ) 2. Kolektor yang digunakan adalah kolektor parabola silinder.

  3. Jumlah massa spirtus yang dipanaskan 280 gr, 450 gr dan 670 gr 4. Variasi head yang digunakan adalah 1 meter, 1,5 meter dan 2 meter.

  5. Energi termal didapat dari panas matahari yang diterima kolektor parabola silinder.

I.5 Manfaat Penelitian 1. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi surya 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 LANDASAN TEORI Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama Gambar 3.1

yaitu: (1) kolektor, (2) pompa air dan (3) kondenser. Kolektor yang digunakan adalah

kolektor parabola silinder. Kolektor parabola silinder umumnya dilengkapi dengan

selubung pipa absorber (dari kaca) untuk meningkatkan efisiensinya. Pompa air yang

digunakan umumnya pompa jenis membran. Kondenser yang digunakan berbentuk

tabung.

  Kolektor berfungsi sebagai evaporator, yakni menguapkan fluida kerja dan

menyalurkannya ke pompa. Karena menerima uap bertekanan pompa melakukan kerja

mekanik mendorong air yang ada di pompa ke tempat tujuan (tangki atas). Uap masuk

ke kondenser dan mengembun dan kembali ke kolektor. Pengembunan uap ini

menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum)

sehingga air dari sumber masuk dalam pompa dan proses kembali langkah tekan

pompa karena uap yang baru dari kolektor masuk ke dalam pompa. Setiap satu

langkah tekan pompa ( karena uap bertekanan masuk pompa ) dan satu langkah hisap

(karena uap mengembun di kondenser) disebut satu siklus. 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

  5

2.1 Efisiensi

  Efisiensi adalah suatu nilai yang digunakan untuk melihat unjuk kerja dari alat itu sendiri. Efisiensi dapat dicari dengan melakukan perbandingan antara input yang diberikan dengan output yang dihasilkan dari alat itu sendiri. Unjuk kerja pompa air tenaga termal dinyatakan dengan efisiensi kolektor ( η C ) dan efisiensi sistem ( η Sistem ).

  Efisiensi kolektor terdiri dari efisiensi sensibel kolektor ( η S ) dan efisiensi laten kolektor ( η L ).

2.1.1 Efisiensi sensibel kolektor.

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

  O

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

  

(1)

m . C . Δ T f P

  η = t S

  Ac G . dt ∫ dengan :

2 Ac : luasan kolektor ( m )

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

  2 G : radiasi surya yang datang ( W/m ) m f : massa fluida kerja ( kg )

  6

2.1.2 Efisiensi Laten kolektor.

  Efisiensi laten kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan fluida kerja dengan jumlah energi yang datang selama waktu tertentu. Efisiensi laten kolektor dapat dihitung dengan persamaan :

  m . h g fg

  η = L t

  Ac G . dt ∫

  (3)

  dengan :

2 Ac : luasan kolektor ( m )

  dt :

  lama waktu pemanasan ( detik )

  2 G : radiasi surya yang datang ( W/m ) h fg : panas laten fluida yang dipanasi (J/(kg)) m g : massa uap fluida kerja (kg) Massa uap fluida kerja (m) dapat dihitung dengan:

  = ρ ⋅ (4)

  m _g

  V dengan:

  3 ρ : massa jenis uap ( kg/m )

  3 V : volume langkah kerja pompa membran (m )

  Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang berguna

  7

  datang selama waktu tertentu atau efisiensi kolektor merupakan jumlah efisiensi sensibel dan efisiensi laten kolektor. Efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan :

  η = η η + (5)

  C S L dengan: : efisiensi sensibel kolektor η S η L : efisiensi laten kolektor

  Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: W ρ g Q H (6) = . . .

  P dengan:

  3 ρ : massa jenis air (kg/m )

  2 g : percepatan gravitasi (m/detik )

3 Q : debit pemompaan (m /detik)

  H : head pemompaan (m)

  Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan jumlah radiasi surya yang datang selama waktu tertentu. Efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan :

  W . Δ t P

  η = t

  Sistem Ac G dt

  ∫

  8

  dengan :

2 Ac : luasan kolektor ( m )

  dt :

  lama waktu pemanasan ( detik )

  2 G : radiasi surya yang datang ( W/m ) Wp : daya pemompaan ( Watt ) : selang waktu ( detik Δt

2.3 Tinjauan Pustaka

  Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk

kondensor (Sumathy et. al., 1995). Sebuah prototipe pompa air energi surya 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 siklus/ hari tergantung pada waktu pemanasan fluida

  9

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 pompa air energi surya

  2

termal menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m , fluida kerja ethyl

ether menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 l/hari tergantung 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 surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

  1. Satu kolektor parabola silinder yang pada titik fokusnya diletakan pipa tembaga diselubungi pipa absorber (dari kaca).

  2. Pompa membrane ( balon ) dengan fluida kerja spirtus.

  3. Kondenser sebagai tempat pengembunan sehingga uap spirtus dapat menjadi cair dan kembali ke kolektor.

  Skema pompa air energi surya dapat dilihat sebagai berikut :

  11 Keterangan:

  1.Pipa Tembaga yang dipanasi

  2.Saluran fluida cair

  3.Kondenser

  4.Pompa membran

  5.Pendingin kondenser

  6.Tangki pendingin kondenser

  7.Bak penampung air bagian bawah

  8.Saluran air masuk sumber air

  9.Katup satu arah sisi masuk pompa

  10.Katup satu arah sisi tekan pompa

  11.Saluran air menuju bak penampung atas

  12.Bak penampung air bagian atas

  13.Kolektor parabola silinder

3.2 Cara Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa jenis membran. Kondenser yang digunakan dapat berbentuk tabung. Pada penelitian ini sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki dan dihubungkan ke kondenser dengan pipa. Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami tanpa perlu menggunakan pompa. Kolektor menangkap radiasi surya yang datang dan memantulkannya di titik fokus

dimana pipa evaporator ditempatkan. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida

  12

kerja dan menyalurkannya ke pompa. Karena menerima uap bertekanan pompa

melakukan kerja mekanik mendorong spirtus yang ada di pompa ke tempat tujuan (tangki

atas). Uap masuk ke kondenser mengalami pengembunan dan fluida kerja kembali ke

evaporator. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah

tekanan atmosfir atau vakum) sehingga spirtus dari sumber masuk dalam pompa melalui

katup satu arah, 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 di

kondenser) disebut satu siklus. 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 misalnya air atau fluida cair yang mempunyai titik didih yang rendah

(agar mudah menguap).

3.3 Metode Pengumpulan Data

  Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang

digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis

mengumpulkan data dengan menguji alat dan mencatat data-data yang diperlukan.

Sebanyak 30 siklus ( 30 langkah penguapan, dan 30 kali langkah pengembunan)

  13

  3.4 Sarana Penelitian Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah pompa air dan 3 buah tabung

kondensor tempat fluida kerja mula-mula diletakkan, yang mempunyai volume yang

berbeda.

  3.5 Peralatan Pendukung Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : Sel Surya a.

  Alat ini berfungsi untuk menerima radiasi surya yang data, dan mengkalibrasikan kedalam satuan volt pada multitester.

  Manometer b.

  Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan fluida kerja pada saat pemompaan, pada sisi sebelum pompa.

  c. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pengoperasian pompa air, waktu yang diperlukan untuk penguapan, maupun untuk menghitung waktu air mengalir .

  Gelas Ukur d.

  Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu. Gelas ukur yang dipakai maksimal dapat mengukur 1 liter.

  14 Ember e.

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

  f. Display termokopel Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada evaporator, dan suhu spirtus kondensor, setelah jangka waktu tertentu.

  g. Pipa U berisi Air Raksa Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan hisap fluida kerja pada saat

penghisapan, serta tekanan pemompaan pada sisi setelah pompa.

3.6 Variabel Yang Divariasikan

  Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu: 1. Jumlah massa fluida kerja mula-mula divariasikan sebanyak 3 variasi.

2. Tinggi head pompa yang digunakan divariasikan sebanyak 3 variasi.

3.7 Analisa Data

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian yaitu :

1. Volume out put air (V) dan waktu uap terbentuk (s) yang digunakan untuk menghitung debit aliran air (Q).

  Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung 2. daya pompa (W ). p

  15 Massa fluida pada evaporator (mf), perbedaan suhu ( 3.

  ∆T) dan waktu pemanasan dan penguapan (s) untuk menghitung efisiensi kolektor ( ).

  η c Perhitungan daya pompa (W 4. p ), luas kolektor (Ac) dan perhitungan radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung efisiensi sistem ( ). sistem

  η Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

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

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

3.8 Jalannya Penelitian

  Waktu : 30 April 2008 – 16 Juni 2008 Tempat Pelaksanaan :Halaman LAB. MEKANIKA FLUIDA UNIVERSITAS SANATA DHARMA Tahapan Pelaksanaan :

  Mempersiapkan pompa yang telah berisi fluida kerja dengan head a. pemompaan yang diinginkan. Mempersiapkan sel surya yang telah dirangkai dengan multitester dengan b. menggunakan hambatan 10 Ohm.

c. Mengarahkan kolektor pompa dan cell surya kearah datangnya radiasi surya.

  16 Mencatat suhu fluida kerja mula-mula (Tf2 d. minimum ), suhu air pendingin sebelum (Tk2) dan setelah (Tk1)melalui kondensor, diikuti pencatatan waktu menggunakan stopwacth (t).

  Mencatat suhu fluida kerja pada saat terjadi pemompaan (Tf2 e. maksimum ), suhu air pendingin sebelum (Tk2) dan setelah (Tk1) melalui kondensor, serta tekanan yang terbaca pada manometer (Pf) dan pipa U.

  3

f. Mencatat out put air yang dihasilkan (m ), bersamaan dengan pencatatan waktu air mengalir (t.uap).

  Mencatat suhu fluida kerja pada saat terjadi penghisapan (Tf2 g. minimum ), suhu air pendingin sebelum (Tk2) dan setelah (Tk1) melalui kondensor, serta ketinggian tekanan yang terbaca pada pipa U h. Mengarahkan kolektor searah datangnya radiasi surya sehingga pantulan sinar tepat diterima evaporator

  

Percobaan tersebut diulangi dengan menggunakan tabung kondensor dan ketinggian head

pemompaan sesuai dengan variasi yang dilakukan.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian Kita akan mengetahui data yang telah diambil dengan variasi yang berbeda.

  Pengambilan data tiap variasi hanya dilakukan sekali saja.

4.1.1 Pompa energi surya dengan kolektor parabola silinder fluida spirtus dengan tabung 280 gram pada ketinggian 1 meter.

  2 ) raksa

  ( mm ) output ( ml ) t out put (detik)

  0,00 25,6 32,5 30,6 2,40 0,00 0,57 76,0 32,6 31,8 2,42 0,06

  70

  50

  6 2,56 56,4 32,1 31,2 2,41 0,00 -35 50 4,35 75,0 33,2 31,2 2,43 0,07

  Hari dan Tanggal : Senin, 06 Juni 2008 Jam : 09.20 Wib Jenis Fluida : Spirtus Ketinggian Pemompaan (m) : 1 meter Tabung : 280 gram Tabel 4.1 Data fluida spirtus pada tabung 280 gram dengan ketinggian 1 meter. waktu ( s )

  80

  7 5,45 56,4 33,1 31,2 2,41 0,00 -40 80 7,30 75,3 33,3 31,3 2,47 0,07 80 130

  8 7,56 56,4 32,9 31,2 2,43 0,00 -40 130 8,08 77,6 33,9 31,8 2,45 0,02 90 180

  6 8,45 51,4 33,6 31,5 2,43 0,00 -45 180 9,32 78,3 33,3 32,0 2,48 0,02 80 240

  8 12,52 52,6 33,2 31,8 2,45 0,00 -40 240 17,33 79,1 33,6 33,1 2,54 0,06 70 260

  9

  Tk2 (kon.bawah) Volt Pf (kg/cm

  Tf2 ( C ) Tk1 (kon.atas)

  80

Tabel 4.1 Data fluida spirtus pada tabung 280 gram dengan ketinggian 1 meter. ( Lanjutan )

  7 33,15 54,9 32,6 31,2 2,45 0,00 -35 500 33,24 80,0 33,2 32,0 2,54 0,04 80 530

  4 39,45 59,8 31,6 31,7 2,56 0,00 -25 890 40,13 78,7 32,1 31,4 2,45 0,04 90 960

  5 38,25 56,8 31,5 31,6 2,43 0,00 -45 850 38,50 80,2 31,8 31,6 2,59 0,05 60 890

  6 37,42 54,9 31,8 31,6 2,46 0,00 -25 800 38,11 80,1 31,9 31,8 2,45 0,04 90 850

  5 37,35 58,9 31,9 31,5 2,54 0,00 -35 780 37,41 78,9 32,7 31,6 2,47 0,05 60 800

  7 37,14 54,9 31,5 31,8 2,56 0,00 -40 750 37,20 78,5 32,6 32,3 2,58 0,04 70 780

  6 36,45 53,6 35,6 31,5 2,37 0,00 -45 710 37,07 79,4 32,8 32,1 2,57 0,04 80 750

  6 34,54 52,6 31,6 31,6 2,51 0,00 -30 670 35,06 79,6 32,6 31,7 2,43 0,04 90 710

  8 34,31 54,6 31,6 32,5 2,38 0,00 -40 630 34,39 79,2 32,4 31,6 2,53 0,04 70 670

  7 34,16 54,6 32,5 31,5 2,41 0,00 -45 600 34,24 77,8 32,6 32,3 2,42 0,05 80 630

  8 31,04 53,6 32,4 31,6 2,51 0,00 -40 570 34,12 76,6 33,4 31,5 2,43 0,04 90 600

  9 33,42 56,8 33,1 31,5 2,52 0,00 -40 530 33,50 75,6 33,2 31,3 2,53 0,05 80 570

  5 32,45 56,4 32,5 32,4 2,43 0,00 -40 480 33,10 78,8 33,2 32,1 2,47 0,04 70 500

  waktu ( s )

  6 31,50 56,9 33,1 33,5 2,31 0,00 -35 450 32,01 78,3 33,3 32,3 2,45 0,04 80 480

  7 30,15 57,8 33,4 32,6 2,22 0,00 -40 400 30,20 79,4 33,2 33,6 2,33 0,04 70 450

  7 29,15 59,8 34,6 32,6 2,31 0,00 -35 350 29,51 79,5 33,5 33,2 2,22 0,05 80 400

  6 26,45 56,3 33,6 32,6 2,52 0,00 -40 300 28,55 80,4 34,5 33,5 2,34 0,05 70 350

  (detik) 24,22 79,0 33,7 33,2 2,55 0,04 80 300

  ( ml ) t out put

  ) raksa (mm) output

  2

  Volt Pf (kg/cm

  Tk2 (kon.bawah)

  Tk1 (kon.atas)

  Tf2 ( C )

  5

Tabel 4.1 Data fluida spirtus pada tabung 280 gram dengan ketinggian 1 meter. ( Lanjutan )

  waktu ( s )

  Tf2 ( C )

  Tk1 kon.atas Tk2 kon.bawah

  Volt Pf (kg/cm

  2

  ) raksa (mm) output

  ( ml ) t out put

  (detik) 41,25 56,9 31,8 31,5 2,43 0,00 -45 960 42,16 78,2 32,1 31,8 2,58 0,05 80 1010