KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA CPC DENGAN PENYIMPAN PANAS SENSIBEL UNTUK POMPA AIR ENERGI THERMAL

KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA CPC DENGAN PENYIMPAN PANAS SENSIBEL UNTUK POMPA AIR ENERGI THERMAL

  Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Program Studi Sains dan Teknologi

  Oleh:

  Beri Fajar Wicaksono NIM : 055214016

  PROGRAM STUDI TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA CPC DENGAN PENYIMPAN PANAS SENSIBEL UNTUK POMPA AIR ENERGI THERMAL

  Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Program Studi Sains dan Teknologi

  Oleh:

  Beri Fajar Wicaksono NIM : 055214016

  PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

CHARACTERISTIC OF CPC SOLAR COLLECTOR WITH SENSIBLE HEAT STORAGE FOR THERMAL ENERGY WATER PUMP FINAL ASSIGNMENT

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

  Beri Fajar Wicaksono NIM : 055214016 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA YOGYAKARTA

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini, tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta,

  10 Januari 2009 Penulis

  Beri Fajar Wicaksono

  

ABSTRAK

  Air merupakan keperluan sehari-hari masyarakat untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain.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 surya) dengan menggunakan kolektor CPC karena yang sederhana dan ekonomis biayanya. 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 dapat mengetahui debit, head, efisiensi kolektor dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan..

  Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air tanpa menggunakan pompa tanpa membran, dengan menggunakan fluida kerja bensin. 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 evaporator (T

  1 ), temperatur evaporator pipa

  kecil(T

  2 ), temperatur fluida kerja setelah selang waktu tertentu (T 3 ), temperatur air

  pendingin masuk kondenser (T

  4 ),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 sensibel kolektor ( η sensibel ), debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi sistem ( η Sistem ). Efisiensi kolektor terdiri dari efisiensi sensibel kolektor ( η S ).

  Dari hasil penelitian yang diperoleh radiasi surya yang datang maksimal

  2

  sebesar 1225watt/m terjadi pada data percobaan kolektor I, faktor efisiensi maksimal sebesar 32,373%, efisiensi sensibel kolektor maksimal sebesar 16,1 %, debit maksimal sebesar 0,1875 l/menit terjadi pada head 1,3 meter, daya pompa maksimal sebesar 0,0279 watt, terjadi pada ketinggian head 1,6 meter. Efisiensi sistem maksimal sebesar 0,00948 % terjadi pada ketinggian head 1,3 meter .

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Beri Fajar Wicaksono

  Nomor Mahasiswa : 055214016 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah ini saya yang berjudul : KARAKTERISTIK KOLEKTOR SURYA CPC DENGAN PENYIMPAN PANAS SENSIBEL UNTUK POMPA AIR ENERGI THERMAL.

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universiras 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. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 10 Februari 2009 Yang menyatakan (Beri Fajar Wicaksono)

KATA PENGANTAR

  Puji syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugrah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan tepat pada

  .

  waktunya. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

  .

  Universitas Sanata Dharma Judul tugas akhir yang penulis ambil adalah Pompa Air Energi Surya

  Dengan Fluida Kerja Air. Adapun alasan penulis memilih judul ini, adalah adanya penggunaan pompa air listrik di masyarakat untuk memenuhi kebutuhan air dalam kehidupan sehari-hari, sehingga penulis mencoba mencari solusi bagaimana cara untuk mengatasi kebutuhan akan air dalam masyarakat tanpa menggunakan energi listrik. Jika dibuat dalam skala ukuran yang besar, pompa air energi surya ini akan menghasilkan debit air yang sangat besar. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.S.C. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Budi Sugiharto S.T.,M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan selaku. Dosen Pembimbing Akademik.

  3. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

  4. Serta semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan satu per satu, yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  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 penelitian dan tugas akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.Terima kasih.

  Yogyakarta, 2 Januari 2008 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .......................................................................................i TITLE PAGE ...................................................................................................iii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ..............................................iv HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..........................................................vi ABSTRAK.......................................................................................................vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEIMIS .......................................viii KATA PENGANTAR .....................................................................................ix DAFTAR ISI....................................................................................................x DAFTAR TABEL............................................................................................xi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................xii

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

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

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

  BAB II. Tinjauan pustaka ................................................................................5

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

  2.2 Dasar teori.......................................................................................6

  2.5 Prinsip Kerja Alat ...........................................................................10

  BAB III. METODE PENELITIAN .................................................................13

  3.1 Deskripi Alat....................................................................................13

  3.2 Peralatan Pendukung........................................................................14

  3.3 Variabel Yang Divariasikan.............................................................15

  3.4 Variabel Yang Diukur......................................................................15

  3.5 Analisa Data.....................................................................................16

  3.6 Tahapan Pelaksanaan .......................................................................16

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................19

  4.1 Data penelitian .................................................................................19

  4.2 Perhitungan ......................................................................................22

  4.3.Hasil Perhitungan.............................................................................26

  4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan.....................................31

  BAB V. PENUTUP .........................................................................................38

  5.1 Kesimpulan ......................................................................................38 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................39 LAMPIRAN.....................................................................................................40

  DAFTAR TABEL

  4.1 Data Penelitian Kolektor CPC I.......................................................…..….19

  4.2 Data Penelitian Kolektor CPC II .....................................................……...19

  4.3 Data Penelitian Kolektor CPC III ....................................................…..….20

  4.4 Data Penelitian Kolektor CPC IV.....................................................…..…20

  4.5 Data Pompa dengan head 1 meter....................................................…..….21

  4.6 Data Pompa dengan head 1,3 meter............................................................21

  4.7 Data Pompa dengan head 1,6 meter…………….…….…..........................22

  4.8 Data Hasil Penelitian Kolektor CPC I........................….......................…. 26

  4.9 Data Hasil Penelitian Kolektor CPC II...................................................... 27

  4.10 Data Hasil Penelitian Kolektor CPC III................................................... 28

  4.11 Data Hasil Penelitian Kolektor CPC IV................................................... 29

  4.12 Hasil Penelitian Q,Wspritus,Wpompa, η(head 1m).................................. 28

  4.13 Hasil Penelitian Q,Wspritus,Wpompa, η(head 1,3m)…………....….….. 28

  4.14 Hasil Penelitian Q,Wspritus,Wpompa, η(head 1,6m)......................…..... 29

  DAFTAR GAMBAR

  1.1. Gambar deskripsi alat..... ................................................................3

  2.1. Gambar prinsip kerja alat ................................................................10

  3.1 Gambar skema alat penelitian..........................................................13

  3.2 Gambar posisi thermokopel.............................................................14

  3.3 Skema pengujian kolektor CPC......................................... .............17

  3.4 Skema pengujian pompa dengan spritus..........................................18

  4.1 Grafik hubungan waktu , G

  T

  , F’ pada percobaan I ............................31

  4.2 Grafik hubungan waktu , G T , F’ pada percobaan II...........................32

  4.3 Grafik hubungan waktu , G T , F’ pada percobaan III .........................33

  4.4 Grafik hubungan Efisiensi sensibel ....................................................34

  4.5 Grafik hubungan Efisiensi sistem .......................................................35

  4.6 Grafik Hubungan Debit ......................................................................36

  4.7 Grafik Hubungan Daya Pompa ..........................................................37

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

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

  Kebutuhan sehari-hari masyarakat akan air (air tanah), dalam jumlah besar untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat air tersebut digunakan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.

  Pompa air dapat digerakkan dengan bahan bakar minyak (motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati 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, antara lain membawa air dengan tampungan air (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, energi angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor surya. Sel surya masih merupakan teknologi yang mahal bagi masyarakat terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya sangat terbatas. Alternatif lain kolektor termal yang murah dari segi ekonomis yaitu dengan menggunakan Compound Parabolic

  

Collector (CPC) merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga

  mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk memaksimalkan penggunaannya.

1.2. Perumusan Masalah

  Pada penelitian ini adalah model pompa air dengan kolektor CPC untuk mengetahui : debit (Q), efisiensi sensibel ( η), faktor efisiensi kolektor (η), efisiensi sistem (

  η) yang dihasilkan dari penelitian kolektor dan variasi ketinggian head pemompaan.

  Pengujian kolektor :

  Beberapa variabel yang diukur saat pengujian kolektor yaitu suhu fluida kolektor (T1, T2, T3, T4)

Gambar 1.1 deskripsi alat

  Pengujian pompa : Beberapa variabel yang diukur saat pengujian pompa yaitu suhu fluida kolektor (T1, T2, T3, T4), besarnya tekanan, dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (ml/detik)

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan penelitian yaitu : Mengetahui debit, efisiensi sensibel, faktor efisiensi kolektor dan efisiensi sistem maksimal yang dihasilkan.

  Manfaat penelitian yaitu :

  1. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut, sehingga dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.

  2. Pembuatan pompa air energi termal menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian yang pernah dilakukan

  Bahan penyimpan panas tentang masukan energi dari matahari berubah dengan waktu dan pada umumnya tidak seirama dengan kebutuhan (Aris Munandar). 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 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 termal

  2

  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).

2.2 Dasar Teori

  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 dengan jumlah energi termal yang datang selama interval waktu tertentu.

  m . C . Δ T f P

  (1)

  η = t S

  Ac G . dt ∫

  dengan :

2 Ac : luasan kolektor (m )

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

  P

  dt : lama waktu pemanasan (s)

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

  m : massa fluida kerja pada evaporator (kg)

  f

  : kenaikan temperatur spritus (

  C) ΔT

  (G yang digunakan adalah G rata-rata, karena pengambilan data tidak berdasarkan interval waktu yang tetap akan tetapi berdasar siklus pompa).

  Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan:

  V Q = (2) t

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

  Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

  W = . g . Q . H ρ (3)

  P

  dengan:

  3

  : massa jenis air (kg/m ) ρ

  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 . Δ T _p

W = (4) t dengan : m air : massa air (kg) C : panas jenis air (J/K)

  p air o

  : kenaikan suhu (

  C) Δ T t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik)

  Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya spritus yang dihasilkan. Efisiensi sistem dapat dihitung dengan persamaan :

  W P η =

  Sistem Wspritus

  (5) dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)

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

  dT _s m . c . _{s s} d θ F '

  (6)

  =

  τ α

  Ac . { ( ) . . G − U .( T − T ) } − U − A .( T − T ) _{T L s 2 a s s s a}

  dengan : F’ : faktor efisiensi m s : massa oli evaporator ( kg ) c s : panas jenis oli (J/(kg.K)) Ts : temperatur oli pada evaporator (

  C) θ : waktu pemanasan oli ( s )

2 Ac : luasan kolektor ( m )

  τ.α : transfusifitas kaca

  

2

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

  U : faktor koefisien panas di kolektor

  L

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

  C) T a : suhu lingkungan (

  C)

2 As : luasan evaporator ( m )

  Masukan energi dari matahari berubah-ubah dengan waktu dan pada umumnya tidak seirama dengan kebutuhan sehingga diperlukan semacam penyimpan panas. Dalam penerapan yang pasif penyimpan panas dapat juga bertemperatur sangat tinggi.sedangkan air, karena panas spesifiknya yang tinggi (4.19 kJ/(kg.K) dan murah, adalah zat penyimpan panas yang sering digunakan, namun kelemahannya adalah bahwa didaerah yang beriklim dingin. Perbedaan temperaturnya cukup besar dan tidak beraturan.

2.3 Prinsip Kerja Alat

  Gambar 2.1Prinsip kerja alat Keterangan bagian :

  1. Kotak kayu kolektor

  11. Tanki kondenser

  2. Pipa evaporator

  12. Pipa U

  3. Busa isolasi 13. Selang fluida bensin

  4. Tabung Kondensor (letak T4) 14. Kaca kolektor

  5. Tabung Tanpa Membran 15. Letak T3

  6. Tanki air

  16. Letak T1

  7. Katup searah

  17. Letak T2

  8. Manometer 18. Gelas Ukur

  9. Selang out put

  10. Stop kran

  Prinsip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut: Kolektor yang digunakan adalah jenis CPC. Fluida yang digunakan didalam pipa evaporator yaitu oli. Kolektor menerima radiasi energi surya yang datang dipantulkan oleh reflektor ke pipa pemanas dalam kolektor yang berisi oli. Oli yang panas akan mengalir secara alami kedalam evaporator yang terletak diatas kolektor. Panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan bensin yang kemudian nanti digunakan untuk memanaskan oli dalam evaporator.

  Prinsip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut : Pompa air yang digunakan adalah pompa jenis tanpa 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.

  Evaporator menangkap radiasi kompor pemanas yang datang dan memantulkannya di titik fokus dimana pipa kolektor yang berisi oli ditempatkan.

  Hasil panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja dan menyalurkannya ke pompa. Karena menerima uap bertekanan, pompa melakukan kerja mekanik mendorong air yang ada di pompa ke tempat tujuan (variasi head). 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 air 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 mempunyai titik didih yang rendah (agar mudah menguap).

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

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

  1. Kolektor CPC (Compound Parabolic Collector ) dengan reflektor aluminium foil dan fluida pemanas oli.

  2. Pompa tanpa membran dengan fluida kerja.

  3. Kondenser sebagai tempat pengembunan sehingga uap air dapat menjadi fluida cair dan kembali ke pemanas. Berilut adalah skema alat penelitian dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 3.1 Skema alat penelitianGambar 3.2 Posisi Thermokopel

3.2 Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

  a. Piranometer Alat ini berfungsi untuk menerima radiasi surya yang datang per detik.

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

  c. Stopwatch

  Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir .

  d. Gelas Ukur 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.

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

  g. Selang U Alat ini digunakan untuk pemisah tercampurnya benzine dengan pompa membran.

  3.3 Variabel Yang Divariasikan

  Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu: Tinggi head pompa yang digunakan divariasikan sebanyak 3 variasi yaitu head 1m, 1,3m dan 1,6m

  3.4 Variabel yang diukur

  Variabel yang diukur dalam pengujian pompa yaitu volume air hasil pemompaan, tekanan, suhu pipa benzin, suhu pipa oli, sedangkan variabel yang diukur pada pengujian kolektor yaitu suhu pada kolektor dan energi surya yang datang

  3.5 Analisa Data

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian yaitu :

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

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

  p

  3. Perhitungan daya pompa (W 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 :

  Hubungan daya pemompaan, efisiensi sensibel kolektor, efisiensi sistem dengan waktu menurut ketinggian head pemompaan

  3.6 Tahapan Pelaksanaan :

  Pada penelitian ini dibagi menjadi 2 tahap pengujian yaitu Pengujian kolektor dengan cara :

  a. Mempersiapkan pompa yang telah berisi fluida kerja dengan head pemompaan yang diinginkan.

  b. Mempersiapkan piranometer yang telah dirangkai dengan logger.

  c. Mengarahkan kolektor pompa kearah datangnya radiasi surya. e. Percobaan tersebut diulangi dengan periode waktu 10 menit.

Gambar 3.3 Skema pengujian kolektor CPC

  Pengujian pompa :

  a. Mempersiapkan pompa yang telah berisi fluida kerja dengan head pemompaan yang diinginkan.

  b. Mencatat suhu fluida kolektor mula-mula (T1,T2,T3,T4)

  c. Menyalakan pemanas spritus pada pipa evaporator

  d. Mencatat suhu fluida kerja pada saat terjadi pemompaan (T3 maksimum) e. Mencatat out put air yang dihasilkan (ml), bersamaan dengan pencatatan waktu air mengalir.

  f. Mencatat suhu fluida kerja pada saat terjadi penghisapan (T3 minimum). g. Percobaan tersebut diulangi dengan menggunakan ketinggian head pemompaan sesuai dengan variasi yang dilakukan.

Gambar 3.4 Skema pengujiann pompa dengan spritus

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Penelitian Pada pengambilan data penelitian ini didapat data-data pengukuran

  seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.7

Tabel 4.1 Data Penelitian Kolektor CPC I

  G T JAM t ( MENIT ) T

  1 T

  

2 T

  3 T

  2

  4 V

  (W/m ) 10:50 40,1 47,7 37,9 50,7 11:00 10 45,4 49,9 39,8 52,1 3,15 787,5 11:10 20 44,3 37,8 37,8 53,3 4,90 1225 11:20 30 48,2 39,9 39,9 55,4 2,40 600 11:30 40 53,3 41,5 41,5 57,5 0,82 205 11:40 50 50,8 40,4 40,4 60,5 3,18 795 11:50 60 55,6 42,3 42,3 61,4 2,90 725 12:00 70 57,7 40,2 40,2 63,5 3,16 790 12:10 80 60,2 44,3 44,3 67,1 3,62 905 12:20

  90 64 46,6 46,6 69,9 3,78 945 12:30 100 57,7 50,3 50,3 70,1 3,66 915

Tabel 4.2 Data Penelitian Kolektor CPC II

  G T JAM t ( MENIT ) T

  1 T

  

2 T

  3 T

  2

  4 V

  (W/m ) 9:40 0 27,7 28,6

  25

  27 9:50 10 33,5 48,2 31,6 50 3,3 825

  10:00 20 49,2 49,8 39,4 56,7 1,8 450 10:10 30 44,4 46,9 37,5 47,4 3,4 855 10:20 40 40,0 43,2 35,9 41,2 1,2 300 10:30 50 41,6 39,0 28,2 41,9 1,0 250 10:40 60 46,6 49,0 33,4 60,4 3,3 825 10:50 70 48,6 52,6 38,1 57,7 2,9 732,5 11:00 80 40,4 47,4 34,1 48,3 3,0 750 11:10 90 42,1 47,7 33,3 63,5 0,7 190 11:20 100 44,9 54,6 37,8 66,0 3,0 750

Tabel 4.3 Data Penelitian Kolektor CPC III

  1 T

  ) 9:00 26,9 26,4 27,2 27,15 9:10 10 34,3 37,6 38,3 37,6 2,99 747,5 9:20 20 47,1 41,2 43,3 41,2 2,65 662,5 9:30 30 48,8 51,1 36,7 51,1 2,6 650,0 9:40 40 53,6 48,9 51,8 48,9 2,85 712,5 9:50 50 41,9 43,2 39,7 43,2 2,62 655,0

  2

  (W/m

  T

  G

  4 V

  3 T

  2 T

  JAM t ( MENIT ) T

  JAM t ( MENIT ) T

Tabel 4.4 Data Penelitian Kolektor CPC IV

  10:05 80 49,3 47,9 36,9 68,1 3,23 807,5 10:15 90 56,0 53,6 40,1 68,3 3,43 857,5 10:25 100 68,3 53,5 44,4 68,7 3,19 797,5

  ) 8:45 26,0 27,8 26,0 31,3 8:55 10 27,3 34,7 25,7 42,4 3,35 837,5 9:05 20 44,1 46,7 33,4 55,6 3,55 887,5 9:15 30 43,7 42,5 33,0 57,3 3,60 900,0 9:25 40 54,1 51,3 36,9 61,7 3,69 922,5 9:35 50 48,4 44,9 38,0 62,7 2,40 600,0 9:45 60 53,7 51,3 33,5 66,1 3,82 955,0 9:55 70 58,1 55,9 40,1 67,7 3,79 947,5

  2

  G T (W/m

  4 V

  3 T

  2 T

  1 T

  10:00 60 38,5 47,1 45,5 47,1 2,31 577,5 10:10 70 38,0 42,9 35,5 42,9 3,12 780,0 10:20 80 39,2 48,5 33,0 48,5 3,33 832,5 10:30 90 37,3 47,7 33,0 47,7 3,39 847,5 10:40 100 39,1 45,7 35,9 45,7 2,66 665,0

Tabel 4.5 Data pompa dengan head 1 meter.

  1

  46 45 37,00 2,5 4 38,50 0 47 80 38,50 0 5 39,75 2 36 80 39,75 2 6 40,00 1 30 20 40,00 1 7 40,25 0 16 25 40,25 0 8 40,00 1 31 20 40,00 1 9 40,00 0 39 20 40,00 0 10 40,00

  C) P hisap (psi) 1 25,00 0 0 25,00 0 2 33,00 1 41 40 33,00 1 3 37,00 2,5

  o

  C) P tekan (psi) t pompa (detik) V pompa (ml) T hisap (

  o

  1 Tabel 4.6 Data pompa dengan head 1,3 meter NO T tekan (

  40 15 43,50

  1 4 38,5 65 80 38,50 5 40,25 51 80 40,25 6 41,00 75 20 41,00 7 41,50 40 25 41,50 8 42,25 38 20 42,25 9 42,25 31 20 42,25 10 43,50 32 20 43,50 11 43,50

  NO T tekan ( ^o

  56 45 35,25

  1

  1 3 35,25

  36 40 34,50

  1

  1 26,20 26,20 2 34,50

  C) P hisap (psi)

  C) P tekan (psi) t pompa (detik) V pompa (ml) T hisap ( ^o

  1 21 20 40,00 1 11 40,00 24 15 40,00 0

Tabel 4.7 Data pompa dengan head 1,6 meter.

  NO T tekan (

  o

  C) P tekan (psi) t pompa (detik) V pompa (ml) T hisap (

  o

  C) P hisap (psi) 1 26,00 0 26,00 0 2 34,75 1 41 90 34,75 1 3 37,25 0

  46 60 37,25 0 4 38,00 0 47 60 38,00 0 5 38,75 1 36 20 38,75 1 6 40,50 1 30 60 40,50 1 7 40,75 1 16 30 40,75 1 8 42,00 0 31 30 42,00 0 9 42,00 0 39 25 42,00 0 10 43,25 21 15 43,25 11 43,50

  1

  24 20 43,50

  1

4.2 Perhitungan

  V pada jam 11.00 = 3,15 V Nilai resistor yang digunakan adalah 10 Ohm.

  Sehingga : I = ) (

  Energi surya yang datang (G T ) : Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data percobaan kolektor I tabel 4.1.

  3

  ohm volt

  = 0,315 Amp. Maka, 1000 .

  4 ,

  I G _T

  = (W/m

  2

  ) = 1000 .

  0,4 0,315

  = 787,5 W/m

  2

  10 ) ( 15 , Perhitungan faktor efisiensi kolektor : Berikut ini adalah contoh pada pengambilan data percobaan kolektor I Tabel 4.1 Dimana massa oli evaporator 0,329 kg, panas jenis oli 2300 J/kg

  C, temperatur oli pada evaporator 25 C, waku pemanasan oli 600 detik, luasan kolektor 0.625

  2

  2

  m , transfusifitas kaca 0,810, radiasi surya yang datang 915 W/m , faktor

  2

  koefisien panas dikolektor 4 W/(m K), temperatur rata-rata oli masuk dan keluar

  2

  59°C, suhu lingkungan 25°C, luasan kolektor 0,03429 m , sehingga F’ yang dihasilkan : 1 ^{2 o o}

  ⎛ ⎞ 0,329 kg . 2300 J/kg C . 0,014W/K . 0,03429 m . ( + -

  31 C

  25 C ) ⎜ ⎟ { } 600 s ⎝ ⎠

  F’ = _{2 2 2 o o} 0.625 m . ( - 0,810 ) . - 915 W/m

  4W/(m K).(

  59 C

  25 C )

  { }

  F’ = 0,00387 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor :

  Berikut ini adalah contoh pada pengambilan data percobaan kolektor I Tabel 4.1 Dimana massa oli evaporator 0.329 kg, panas jenis oli 2300 J/kg

  C, waku

  2

  pemanasan oli 600 detik, radiasi surya yang datang 915 W/m , luasan kolektor

  2

  0.625 m , sehingga yang dihasilkan : η s _{o ⎛ ⎞}

  1 , 329 kg . 2300 J / kg C . ⎜ ⎟ 600 s ⎝ ⎠

  η = = , _{s 2 2}

  00

  36 915 W / m . , 625 m

  = 0,36% Perhitungan nilai Q ( debit ) : Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data pertama, variasi head 1 meter :

  Dimana besarnya volume keluaran sebesar 40 ml , dan waktu yang diperlukan selama 36 detik,sehingga debit yang dihasilkan :

  ml

  Q= 40= 1,11

  dtk

  36 = 0.067 l/mnt

  Perhitungan W spritus (daya panas spritus ) : Pada perhitungan ini dilakukan dengan pemanasan air dengan lampu spritus untuk pompa. Pada perhitungan ini digunakan air sebanyak 0,2 kg (m air ), harga panas jenis fluida kerja 4200 J/kg.K (C p air ), waktu yang diperlukan untuk

  o

  pemanasan 60 detik ( ( Δ t), kenaikan temperatur air 2 Δ T), sehingga

  , 2 . 4200 .

  2 didapatkan besarnya daya spritus : W = =

  28 Watt

  60 Dalam pemanasan pompa menggunakan 2 lampu spritus, dan untuk perhitungan daya lampu spritus lainnya dengan cara yang sama dan Δ T yang dihasilkan sama, dapat disimpulkan daya lampu spritus keseluruhan adalah penjumlahan keduanya. Total daya pemanasan lampu spritus = 56 Watt. Perhitungan W pompa (daya pompa ) :

  3 Pada perhitungan ini jumlah massa air 1000 kg/m (

  ρ), percepatan gravitasi

  2

  9,81 m/s (g), debit air hasil pemompaan 0,00000111 liter/dtk = 0,067 liter/menit (Q), ketinggian head yang digunakan adalah 1m (H), sehingga didapatkan

  , 00000111 ⎛ ⎞

  besarnya daya pompa : W 1000 .

  

9 ,

81 . . 1 0,01417 Watt = = ⎜ ⎟ ₆

  10 ⎝ ⎠

  Perhitungan η (efisiensi sistem) :

  Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data pertama, variasi head 1 meter : Dimana daya pompa 0,142 watt, dan daya spritus 56 watt, sehingga didapatkan

  0,0142 besarnya : = 0,00337

  sistem

  η

  56 =0,337%

  Dengan data yang lain dapat dilakukan dengan cara yang sama

4.3 Hasil perhitungan

  η sensibel 10:50 11:00 0,32 787,5 1,4 1,7839 461,172 0,00387 1,77062 492,188 0,0036 11:10 0,49 1225 1,2 1,5315 563,531 0,00272 1,51768 375 0,00405 11:20 0,24 600 2,1 2,6708 263,625 0,01013 5,1854 128,125 0,02073 11:30 0,08 205 2,1 2,6719 56,1563 0,04758 2,65594 496,875 0,00535 11:40 0,32 795 3 3,8818 346,469 0,011 3,79419 453,125 0,00837 11:50 0,29 725 0,9 1,1561 315,531 0,00366 1,13826 493,75 0,00231 12:00 0,32 790 2,1 2,6748 340,063 0,00787 2,65594 565,625 0,0047 12:10 0,36 905 3,6 4,5737 398,281 0,01148 4,55303 590,625 0,00771 12:20 0,38 945 2,8 3,5632 410,281 0,00868 3,54125 571,875 0,00619 12:30 0,36 915 0,2 0,275 387,469 0,00071 0,02529 -0,3063 -0,0826

  JAM I(amp) G T

  (W/m

  2

  ) dTs m s .c s. (dTs/d θ)+us.as.(t4- ta)

  Ac.(( σ.α).G

  T )-

  U

Tabel 4.8 Hasil Penelitian Kolektor CPC I

  .(Ts

• T

  a ) F' (m.cp.

  ∆T)/dt Ac.G

  2

  nilai η s.

  

Pada jam 12:30 hasl nya minus karena dipengaruhi oleh tingkat radiasi surya yang kian lama kian menurun dan nilai G

digunakan sebagai pembanding.

  L

  Pada tabel yang diberi warna biru hasil perhitungannya minus karena nilai hasil perhitungan dTs minus ( Δ T) sedangkan dTs digunakan sebagai pembilang dalam F’

  T

  10:00 0,18 450 6,7 8,48923 166,563 0,05097 8,4737 281,25 0,03013 10:10 0,34 855 -9,3 -11,751 381,219 -0,0308 -11,762 534,375 -0,022 10:20 0,12 300 -6,2 -7,8334 110,375 -0,071 -7,8413 187,5 -0,0418 10:30 0,1 250 0,7 0,89359 88,3125 0,01012 0,88531 156,25 0,00567 10:40 0,33 825 18,5 23,4149 360,656 0,06492 23,3975 515,625 0,04538 10:50 0,29 732,5 -2,7 -3,3988 306,828 -0,0111 -3,4148 457,813 -0,0075 11:00 0,3 750 -9,4 -11,877 332,438 -0,0357 -11,888 468,75 -0,0254 11:10 0,07 190 15,2 19,2428 46,4375 0,41438 19,2239 118,75 0,16189 11:20 0,3 750 2,5 3,18191 317,813 0,01001 3,16183 468,75 0,00675

  η sensibel 9:40 9:50 0,33 825 23 29,1011 378,031 0,07698 29,0888 515,625 0,05641

  ∆T)/dt Ac.G

  a ) F' (m.cp.

  2

  .(Ts

  L

  )- U

  Ac.(( σ.α).G

Tabel 4.9 Hasil Penelitian Kolektor CPC II.

  (dTs/d θ)+us.as.(t4- ta)

  .c s.

  s

  ) dTs m

  2

  (W/m

  T

  JAM I(amp) G

• T

  10:05 0,323 807,5 0,4 0,527010 349,79688 0,00151 0,50589 504,688 0,00100 10:15 0,343 857,5 0,2 0,274160 359,60938 0,00076 0,25295 535,938 0,00047 10:25 0,319 797,5 0,4 0,527300 313,98438 0,00168 0,50589 498,438 0,00101

  T

  η sensibel 8:45 8:55 0,335 837,5 11,1 14,04704 408,98438 0,03435 14,03852 523,438 0,02682 9:05 0,355 887,5 13,2 16,70944 398,29688 0,04195 16,69445 554,688 0,03010 9:15 0,36 900,0 1,7 2,165870 410,37500 0,00528 2,15004 562,500 0,00382 9:25 0,369 922,5 4,4 5,582790 397,76563 0,01404 5,56482 576,563 0,00965 9:35 0,240 600,0 1 1,283200 249,62500 0,00514 1,26473 375,000 0,00337 9:45 0,382 955,0 3,4 4,320220 414,71875 0,01042 4,30009 596,875 0,00720 9:55 0,379 947,5 1,6 2,044490 399,67188 0,00512 2,02357 592,188 0,00342

  ∆T)/dt Ac.G

  ) F' (m.cp.

  a

  2

  .(Ts

  L

  )- U

  Ac.(( σ.α).G

Tabel 4.10 Hasil Penelitian Kolektor CPC III

  (dTs/d θ)+us.as.(t4- ta)

  .c s.

  s

  ) dTs m

  2

  (W/m

  T

  JAM I(amp) G

• T

  Pada tabel yang diberi warna biru hasil perhitungannya minus karena nilai hasil perhitungan dTs minus ( Δ T) sedangkan dTs digunakan sebagai pembilang dalam F’

  T

  10:00 0,231 577,5 3,9 4,94328 247,859 0,01994 4,93245 360,938 0,01367 10:10 0,312 780 -4,2 -5,3031 356,25 -0,0149 -5,3119 487,5 -0,0109 10:20 0,333 832,5 5,6 7,09401 374,328 0,01895 7,08249 520,313 0,01361 10:30 0,339 847,5 -0,8 -1,0007 385,297 -0,0026 -1,0118 529,688 -0,0019 10:40 0,266 665 -2 -2,5193 293,156 -0,0086 -2,5295 415,625 -0,0061

  η sensibel 9:00 9:10 0,299 747,5 10,45 13,2226 351,047 0,03767 13,2164 467,188 0,02829 9:20 0,265 662,5 3,6 4,56097 287,516 0,01586 4,55303 414,063 0,011 9:30 0,26 650 9,9 12,5336 266,688 0,047 12,5208 406,25 0,03082 9:40 0,285 712,5 -2,2 -2,7707 295,078 -0,0094 -2,7824 445,313 -0,0063 9:50 0,262 655 -5,7 -7,2001 287,719 -0,025 -7,209 409,375 -0,0176

  ∆T)/dt Ac.G

  a ) F' (m.cp.

  2

  .(Ts

  L

  )- U

  Ac.(( σ.α).G

Tabel 4.11 Hasil Penelitian Kolektor CPC IV

  (dTs/d θ)+us.as.(t4- ta)

  .c s.

  s

  ) dTs m

  2

  (W/m

  T

  JAM I(amp) G

• T

Tabel 4.12 Hasil Penelitian Pompa dengan Head 1 meter.

  Q (l/mnt) Q

  (ml/s) Daya

  Spritus(w) Daya

  Pompa(w) efisiensi sistem

  0,0067 0,111 56 0,0142 0,00337 0,0482 0,804 56 0,0103 0,00244 0,0739 1,231 56 0,0157 0,00374 0,0940 1,567 56 0,0200 0,00476 0,0160 0,267 56 0,0034 0,00081 0,0375 0,625 56 0,0080 0,00190 0,0316 0,526 56 0,0067 0,00160 0,0387 0,645 56 0,0082 0,00196 0,0375 0,625 56 0,0080 0,00190 0,0225 0,375 56 0,0048 0,00114 Tabel 4.13. Hasil Penelitian Pompa dengan Head 1,3 meter .

  Q (l/mnt) Q

  (ml/s) Daya

  Spritus(w) Daya

  Pompa(w) efisiensi sistem

  0,0292 0,487 56 0,0062 0,00148 0,0521 0,869 56 0,0111 0,00264 0,0574 0,957 56 0,0122 0,00291 0,0833 1,388 56 0,0177 0,00422 0,1100 1,833 56 0,0234 0,00557 0,1875 3,125 56 0,0399 0,00949 0,1355 2,258 56 0,0288 0,00686 0,0769 1,282 56 0,0164 0,00389 0,1428 2,38 56 0,0304 0,00723 0,1125 1,875 56 0,0239 0,00569

Tabel 4.14. Hasil Penelitian Pompa dengan Head 1,6 meter.

  Q Daya Daya efisiensi Q (l/mnt)

  (ml/s) Spritus(w) Pompa(w) sistem 0,1317 2,195 56 0,0279 0,00666 0,0782 1,304 56 0,0166 0,00396 0,7660 1,277 56 0,0163 0,00387 0,0334 0,556 56 0,0071 0,00168 0,1200 2,000 56 0,0255 0,00607 0,1125 1,875 56 0,0239 0,00569 0,0581 0,968 56 0,0123 0,00293 0,0385 0,641 56 0,0082 0,00194 0,0428 0,714 56 0,0091 0,00216 0,0500 0,833 56 0,0106 0,00253 4.4 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan.