Pompa air energi termal dengan evaporator 22 cc dan pemanas 78 watt - USD Repository

  POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR 22 CC DAN PEMANAS 78 WATT Tugas Akhir

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

  Diajukan Oleh:

  ANTONIUS ARI PRIHANANTO NIM : 055214009 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

TERMAL ENERGY WATER PUMP WITH 22 CC EVAPORATOR AND

78 WATT HEATER Final Project

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

  ANTONIUS ARI PRIHANANTO Student Number : 055214009 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

  

INTISARI

  Air merupakan kebutuhan sehari – hari masyarakat,diantaranya untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak berbeda dengan tempat air tersebut digunakan,maka perlu digunakan pompa air listrik untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan. Hal ini tidak dapat terlaksana pada daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan pasokan listrik. Sehingga dibutuhkan pompa air energi alternatif yang dapat digunakan oleh masyrakat tersebut,salah satu pompa air energi alternatif yang dapat digunakan yaitu pompa air energi termal. Jenis pompa air energi termal ada 3(tiga) yaitu water jet puls,fluidyn punp,nifte pump. Pada penelitian ini akan dibuat pompa energi termal pulsa jet air (water jet puls) dengan menggunakan fluida kerja air, karena jenis pompa ini adalah jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dan ekonomis. Pompa air jenis ini dapat dikembangkan dengan menggunakan radiasi surya yaitu dengan menggunakan kolektor surya. Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC ( Compound Parabolic Collector ) yang mengkonversikan energi surya yang datang menjadi panas. Tetapi 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 pada pompa air enrgi termal yaitu dapat mengetahui debit, head, daya pompa, dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan. Dan yang ingin dicapai peneliti pada kolektor yaitu efisiensi sensibel kolektor dan faktor efisiensi.

  Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu: evaporator, katup dan kondenser. Sebagai data diperlukan variabel-variabel yang harus diukur adalah temperatur pipa pendingin keluar (T 1p ), temperatur pipa pipa pendingin masuk (T 2p ), temperatur evaporator (T 3p ), temperatur air evaporator setelah tabung pendingin (T 4p ). dan pada penelitian kolektor (CPC) diperlukan variabel-variabel yang harus diukur adalah temperaturepipa oli masuk (T ), temperatur pipa oli keluar (T ), temperatur pipa oli setelah condenser(T ),

  1k 2k 3k

  temperatur pipa kondenser (T 4k ).Variabel-variabel yang divariasikan adalah variasi head (1,00m;1,50m;1,75m), variasi bukaan kran osilasi (0 ,15 ,30 ) dan variasi pendingin (air,udara). Kemudian dilakukan perhitungan untuk mendapatkan faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi sensibel kolektor (

  η sensibel), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa ( ).

  

pompa

  η Hasil dari penelitian ini yaitu telah berhasil dibuat pompa air energi termal jenis pulsa jet air dengan daya pemompaan maksimum yang dihasilkan adalah

  0,98 watt, efisiensi sistem maksimum yang dihasilkan adalah 1,23% ,efisiensi sensibel kolektor maksimum yang dihasilkan adalah 8,385%, dan faktor efisiensi maksimum yang dihasilkan adalah 0.647.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam judul “ Pompa Air ini karena

  Energi Termal dengan Evaporator 22 cc dan Pemanas 78 watt “

  adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

  2. Bapak Budi Sugiarto S.T, M.T., selaku Ketua Program studi Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing Akademik.

  3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam penelitian ini.

  Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.

  Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.

  Yogyakarta,4 September 2009 Penulis

  DAFTAR ISI

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

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

  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 ................................................................................4

  2.1 Penelitian yang pernah dilakukan ...................................................4

  2.2 Landasar teori..................................................................................5

  2.3 Cara Kerja Alat ...............................................................................12

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

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

  3.2 Skema alat........................................................................................15

  3.3 Variabel Yang Divariasikan.............................................................18

  3.4 Variabel Yang Diukur......................................................................18

  3.5 Peralatan pendukung .......................................................................18

  3.6 Langkah penelitian...........................................................................19

  3.7 Analisa Data.....................................................................................21

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................22

  4.1 Data penelitian .................................................................................22

  4.2 Perhitungan Efisiensi sensibel kolektor ...........................................31

  4.3.Perhitungan daya pemompaan .........................................................33

  4.4 Perhitungan efisiensi pompa ...........................................................35

  4.5 Perhitungan faktor efisiensi ............................................................36

  4.6 Perhitungan daya pemanas spirtus ...................................................39

  4.7 Analisa data.......................................................................................39

  BAB V. PENUTUP ..........................................................................................48

  5.1 Kesimpulan .......................................................................................48

  5.2 Saran .................................................................................................48 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................49 LAMPIRAN.................................................................................................... 50

  DAFTAR TABEL Tabel.4.1 Data Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara.........................22 Tabel.4.1.1 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-1) .................................22 Tabel.4.1.2 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-2)……………….…….23 Tabel.4.1.3 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-1)….………….……....23 Tabel.4.1.4 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-2)……………....……..23 Tabel.4.1.5 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-1)……………………..24 Tabel.4.1.6 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-2)……………….…….24 Tabel.4.2 V out pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi……………………….…24 Tabel.4.2.1 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke1)…………...25 Tabel.4.2.2 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke-2) ………….25 Tabel.4.2.3 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 2 (ke-1) ………….25 Tabel.4.2.4 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 2 (ke-2) ………….26 Tabel.4.2.5 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 3 (ke-1) ………….26 Tabel.4.2.6 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 3 (ke-2) ...……….27 Tabel.4.3 Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air …………....................27 Tabel.4.3.1 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-1)………...........….27

  Tabel.4.3.2 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-2) …………….......28 Tabel.4.4 Data 1 menggunakan kolektor CPC.............................................................................29 Tabel.4.5 Data 2 menggunakan kolektor CPC.............................................................................29 Tabel.4.6 Data 3 menggunakan kolektor CPC..............................................................................30 Tabel.4.7 Data 4 menggunakan kolektor CPC............................................................................30 Tabel.4.8 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 1.........................................….…….31 Tabel.4.9 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 2……………….…………….…….32 Tabel.4.10 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 3.. ………………..……….…....…32 Tabel.4.11 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 4………….. ...................................33 Tabel. 4.12 . Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara………................34 Tabel.4.13 Daya pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi…….……………….......34 Tabel.4.14 Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air…………….….......... 35 Tabel.4.15 efisiensi sistem dengan variasi head menggunakan pendingin udara…….…..….…...35 Tabel.4.16 efisiensi sistem dengan variasi variasi posisi kran pada saluran osilasi...............…....36 Tabel.4.17 efisiensi sistem dengan variasi variasi pending air………………………...................36 Tabel.4.18 Faktor efisiensi pada data 1 tabel 4..1……………………………………………..….37 Tabel.4.19 Faktor efisiensi pada data 2 tabel 4.2………………………………………………....37

  Tabel.4.20 Faktor efisiensi pada data 3 tabel 4.3…………………….…….…………….…..…...38 Tabel.4.21 Faktor efisiensi pada data 4 tabel 4.4…………………………….……..………….....38

  DAFTAR GAMBAR Gambar.1.Jenis pompa air termal…………………………………………………………...5 Gambar.2.kolektor plt datar kovensionl................................ …............................................8 Gambar.3. Kolektor plat datar “evacuated tube”.………………………...………………....8 Gambar.4. kolektor plat parabolik jenis tabung.....................................................................9 Gambar.5. kolektor plat parabolik jenis piringan.................................................................10 Gambar.6. Cara kerja pompa................................................................................................12 Gambar.7. Cara kerja kolektor..............................................................................................14 Gambar.8. Evaporator ………………………………………………..…………...….....…15 Gambar.9.Pompa ……………………………………………….…………….…….....…...16 Gambar.10. Posisi kran osilasi ………………………………..…………………..…….…17 Gambar.11. kolektor …………………………...…………………….……….…...……....17 Gambar.12. Radiasi surya yang diterima kolektor…………………….…………..….…...18 Gambar.13. Grafik daya pompa dengan variasi head dan menggunakan pendingin udara... ……………………………………………………………….….......39 Gambar.14. Grafik daya pompa dengan variasi bukaan kran osilasi pada head 1,75 dan

  pendingin udara …………………………………………………….….….…40 Gambar.15. Grafik daya pompa dengan perbedaan jenis pendigin pada head 1,75m dan bukaan kran pada posisi 0 ………………………………………………40 Gambar.16.Grafik efisiensi pompa dengan variasi head………………………………….41 Gambar.17. Grafik efisiensi pompa pada head 1,75m dengan variasi bukaan kran osilasi …………………………………………………………….………….41 Gambar.18. Grafik efisiensi pompa pada head 1,75 dan bukaan kran 0 dengan variasi perbedaan jenis pendigin ……………………………………….…….……..42 Gambar.19. Grafik efisiensi sensibel kolektor………………………………………….…42 Gambar.20. grafik faktor efisiensi…………………………………………………..…......43 Gambar.21. grafik antara energy surya yang datang dengan factor efisiensi pada data 1....44 Gambar.22. grafik antara energy surya yang datang dengan factor efisiensi pada data 2....45 Gambar.23. grafik antara energy surya yang datang dengan factor efisiensi pada data 3....46 Gambar.24. grafik antara energy surya yang dating dengan factor efisiensi pada data 4....47 Gambar.25. Termokopel dan Displainya………………………………………..……………..….50 Gambar.26.Adaptor………………………………………………………...….………..…50 Gambar.27.ThermoLogger…………………………………..…………….…….………...51

  Gambar.29. Rangkaian kolektor dan condenser……………….………..…………………52 Gambar.30. Rangkaian pompa………………………………………..….…….…………..52 Gambar.31. Kran osilasi…….………………………………………..….…….…………..51 Gambar.32. Katup 1 arah……………………………………………..….…….…………..51

BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang Air ( air tanah ) merupakan kebutuhan sehari-hari masyarakat, diantaranya untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak berbeda tempat dari tempat air tersebut digunakan sehingga diperlukan pompa air listrik untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m2 (Sumber dari Kementrian Energi Republik Indonesia). Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC (Compound Parabolic Collector) yang mengkonversikan radiasi surya yang datang menjadi panas. Pompa air ini juga 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 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. Pada umumnya jenis kolektor yang banyak digunakan adalah kolektor jenis plat datar. Tetapi ada kendala dalam pemakaian kolektor jenis plat datar yaitu mahalnya harga plat absorber dan teknik pemasangan plat absorber yang sulit. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang karateristik kolektor CPC di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian.

  1.2. Perumusan Masalah Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energy termal jenis pulsa jet air dan kolektor CPC(Compound Parabolic Collector) sederhana.Pada pompa bagian pipa evaporator dihubungkan ke saluran osilasi dan katub. Dengan menggunakan spirtus sebagai pemanas dan unjuk kerja yang dihasilkan daya pemompaan ( Wp ), efisiensi sistem ( η sistem ), dan yang dihasilkan dengan variasi head pemompaan.

  Pada kolektor CPC(Compound Parabolic Collector) sederhana dengan menggunakan alumunium foil dan pipa alumunium sebagai pipa kolektor dan evaporator yang merupakan bagian dari kolektor. Kemungkinan penerapannya dalam masyarakat tergantung dengan unjuk kerja yang dihasilkan. Unjuk kerja yang dihasilkan kolektor ditunjukkan dengan efisiensi sensibel kolektor (

  η sensibel) dan faktor efisiensi ( F’ ). Pada penelitian ini dilakukan dua pengujian yang berbeda, yaitu pengujian terhadap kolektor dan pengujian terhadap pompa. Hal tersebut dikarenakan adanya kendala cuaca pada saat penelitian yang kurang mendukung.

  1.3.Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan penelitian yaitu mengetahui :

  1. Daya pemompaan

  2. Efisiensi pompa

  3. Efisiensi sensible kolektor

  4. Faktor efisiensi kolektor Manfaat penelitian yaitu :

  1. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut, sehingga dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat. 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 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 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 energy surya termal menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 , fluida kerja bethyl ether menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 l/hari tergantung pada ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,42-0,34 % (Wong, 2001). matematismemperlihatkan unjuk kerjapompa 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 Landasan Teori

  2.2.1 Pompa Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu: evaporator, katup dan kondenser.Jenis pompa air energi termal ada 3(tiga) yaitu water

  

jet puls,fluidyn punp,nifte pump . Pada penelitian ini akan dibuat pompa energi termal

pulsa jet air (water jet puls) dengan menggunakan fluida kerja air.

  water jet puls fluidyn punp nifte pump

  gambar.1.jenis pompa air termal Debit pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

  V Q = (1) t

  dengan :

  3

  v : volume air keluar hasil pemompaan ( m ) t : lama waktu pemompaan ( s ) Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

  W = ρ . g . Q . H

  (2)

  P

  dengan: ρ : massa jenis air (kg/m3)

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s ) Q : debit pemompaan (m3/s) H : head pemompaan (m) Daya pemanas spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

  m . c . Δ T p

  W =

  (3)

  t m : massa air yang dipanasi ( kg ) Cp : panas jenis air (4200 J/(kg.K))

  C) ΔT : perubahan suhu ( t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik) Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan daya yang dihasilkan selama pemanasan spritus dalam lama waktu tertentu.

  Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  W P

  (4)

  η = Sistem

  Wspritus

  dengan : Wp : daya pemompaan (Watt) Wspritus : daya pemanas spritus ( Watt )

  2.2.2.Kolektor

  Kolektor plat datar

  Kolektor plat datar merupakan jenis kolektor yang paling umum. Ada 2 jenis kolektor datar 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 pipa/saluran dan plat absorber dari logam berwarna hitam yang menyerap panas.

  Energi surya diterima plat absorber dan dikonversikan menjadi panas kemudian fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dari plat absorber. Jenis kolektor plat datar evacuated terdiri dari beberapa tabung indivi dual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari 3 tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated ini

  O

  dapat mencapai temperatur 120 C dan dapat dimanfaatkan untuk sistim pendingin adsorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.

  Gambar.2. kolektor plat datar konvensional Gambar.3. 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 2 jenis kolektor plat parabolik :Tabung (Through) dan Piringan (Dish). Jenis trough berbentuk setengah tabung

  O O

  memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90 C sampai 290 C dengan efisiensi η 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 pemanasannya lebih besar dari jenis Trough, dapat

  O

  mencapai temperatur 800 C dengan efisiensi η 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.5 . kolektor plat parabolik jenis piringan

  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. Efisiensi sensibel kolektor dihitung dengan persamaan : ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).

  Efisiensi sensibel kolektor

  m . C . T Δ f P

  η = t S

  (5)

  Ac G . dt ∫

  dengan : Ac : luasan kolektor (m2) CP : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

  G : radiasi surya yang datang (W/m2) mf : massa fluida kerja pada evaporator (kg) C)

  ΔT : kenaikan temperatur oli ( (G yang digunakan adalah G rata-rata, karena pengambilan data tidak berdasarkaninterval waktu yang tetap akan tetapi berdasar siklus pompa.

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

  

dT

_s m c _{s s} . .

d θ

F ' =

  (6)

  Ac τ α G − U T − T

. { ( ) . . .( ) }

_{T L s}

_{2 a}

  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 )

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

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

  C) T a = suhu lingkungan (

  C)

2 As = luasan evaporator ( m )

  2.3 Cara Kerja Alat

  

Gambar.6.Cara kerja pompa Pompa air yang digunakan adalah pompa piston air. Kondenser yang digunakan berbentuk tabung. Pada penelitian ini sebagai pendingin condenser 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. Panas dari api spirtus pada 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 condenser 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).

  Gambar.7. cara kerja kolektor

  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 pemanas dalam kolektor yang berisi 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 evaporator yang dihubungkan ke pompa.

BAB III METODE PENELITIAN

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

  1. Evaporator

  2. Kondenser

  3. Katup Kolektoe CPC pada penelitian ini terdiri dari komponen utama :

  1. Evaporator

  2. Condenser

  3.2 Skema Alat Penelitian

  Skema pompa energi termal pulsa jet air dapat dilihat sebagai berikut :

  Gambar.9. Pompa

  Keterangan :

  1. Evaporator

  2. Kotak spirtus

  3. Pipa pendingin

  4. Pipa yang didinginkan

  5. Katub

  6. Kran saluran osilasi

  7. Selang pengatur osilasi(tuning tife)

  8. Selang head

  9. Tabung penampung air pendingin Skema kran osilasi dapat dilihat sebagai berikut Posisi 1 (0 )

  Posisi 2 (15 ) Posisi 3 (30 )

  Gambar.10.Posisi kran osilasi

  Skema kolektor dapat dilihat sebagai berikut :

  Gambar.11.kolektor

  Gambar.12.radiasi surya yang diterima kolektor

  3.3 Variabel Yang Divariasikan Variabel yang divariasikan adalah : 1. Variasi head (1 meter, 1,5 meter, dan 1,75 meter).

  2. Variasi bukaan kran (0 ,15 ,30 )

  3. Variasi pendingin (udara,air)

  3.4 Variabel yang diukur Variabel yang diukur dalam pengujian pompa yaitu volume air hasil pemompaan, temperatur T1p dan T3p, sedangkan variabel yang diukur pada pengujian kolektor yaitu suhu pada kolektor dan energi surya yang datang.

  3.5 Peralatan Pendukung Peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

  a. Stopwatch b. 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.

  c. 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.

  d. Thermometer Logger Alat ini digunakan sebagai penampil besarnya suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit. Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada alat penelitian.

  e. Termokopel Alat ini digunakan untuk penghantar data temperature dari titik yang diukur ke display atau logger.

  f. Solar Meter Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi surya yang diterima oleh kolektor pada penggujian kolektor.

  3.6 Langkah Penelitian

  Langkah penelitian dalam pengujian pompa : a. Mempersiapkan peralatan yang diperlukan pada pengujian pompa.

  b. Mencatat suhu fluida mula – mula (T1p,T2p,T3p,T4p).

  c. Melakukan pemanasan pada evaporator dengan pemanas spritus.

  d. Mencatat volume air hasil pemompaan ( ml ), bersamaan dengan itu dilakukan juga pencatatan waktu air mengalir hasil pemompaan.

  e. Mengulangi langkah d tersebut sampai dengan akhir proses pengambilan data.

  f. Mengulangi kelima langkah tersebut untuk variasi head (1,00m; 1,50m; 1,75m), bukaan kran (0 ,15 ,30 ) dan jenis pendingin (air, udara).

  Langkah penelitian dalam pengujian kolektor :

  a. Mempersiapkan kolektor yang akan diuji dengan melakukan pengecekan terhadap ada tidaknya kebocoran kolektor.

  b. Mencatat suhu fluida kolektor mula-mula (T1k,T2k,T3k,T4k)

  c. Mencatat suhu fluida dalam kolektor (T1k,T2k,T3k,T4k) dengan selang waktu pencatatan 10 menit hingga akhir proses, bersamaan dengan itu dilakukan juga pencatatan energi surya yang dating.

  3.7 Analisa Data Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian yaitu :

  1. Volume air keluar hasil pemompaan (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 (Wp).

  3. Perhitungan daya pompa (Wp), Efisiensi pompa ( pompa ), dan perhitungan η radiasi surya yang dating (G) untuk menghitung efisiensi sensibel kolektor

  ( sen kol ).

  η Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : Hubungan daya pemompaan, efisiensi pompa dengan waktu menurut besar head pemompaan dan hubungan antara efisiensi sensibel kolektor dengan waktu dan hubungan energi surya yang datang, faktor efisiensi dengan waktu lama pengambilan data.

BAB IV HASIL PENELITIAN

4.1 Data Penelitian

  Pada pengambilan data penelitian ini didapat data-data pengukuran seperti tabel berikut :

Tabel 4.1 Data Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara

  Volume Waktu (menit)

  Head V out spirtus

  3

  (m) (m ) (ml) proses pompa 25 17 8.44 2.90

  1.75 25 13

  11.46

  3.75 25 11 9.49 1.20 1.5 25 11

  10.08

  1.60 25 13 8.07 0.95 1 25 11 9.12 1.10

Tabel 4.1.1 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-1)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 11.30 22 22 22 22

  11.32 24 28 32 25 11.34 24 34 34 25 11.36 24 70 70 60 11.38 25 67 80 61 11.40 24 64 75 49 11.42 24 67 75 51 11.44 24 66 67 51

Tabel 4.1.2 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 12.24 25 50 49 43 12.26 25 60 56 46 12.28 25 66 75 51 12.30 25 67 75 52 12.32 25 67 74 52 12.34 25 67 73 53 12.36 25 68 70 53 12.37 25 67 67 52

Tabel 4.1.3 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-1)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 13.40 25 51 51 43 13.42 25 58 58 45 13.44 25 67 90 53 13.46 25 66 83 53 13.48 25 66 78 52 13.51 25 69 73 52

Tabel 4.1.4 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 13.53 25 51 57 44 13.55 25 64 81 51 13.57 25 66 82 52 13.59 25 66 78 51 14.01 25 66 77 52 14.03 25 68 70 53

Tabel 4.1.5 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-1)

  25

  3 2 11.04

  25

  1.75

  2.80

  10.16

  2 2 10.49 3.35 25 1

  25

  3.50

  11.56

  1 2 11.46 3.75 25 1

  2.90

  Waktu T1p T2p T3p T4p 14.14 25 35 33 34 14.16 25 40 34 35 14.18 25 65 48 50 14.20 25 64 80 51 14.22 25 66 86 52 14.24 25 66 85 52 14.27 25 60 75 51

  8.44

  ) 25 1

  3

  (m

  (menit) V out

  Posisi kran No Waktu

  Volume BB(ml)

  Head (m)

Tabel 4.2 V out pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi

  Waktu T1p T2p T3p T4p 14.30 25 51 100 43 14.32 25 66 107 56 14.34 25 69 107 57 14.36 25 70 107 58 14.38 25 70 107 59 14.41 25 70 83 53

Tabel 4.1.6 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-2)

  2.95

Tabel 4.2.1 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke1)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 11.30 22 22 22 22

  11.32 24 28 32 25 11.34 24 34 34 25 11.36 24 70 70 60 11.38 25 67 80 61 11.40 24 64 75 49 11.42 24 67 75 51 11.44 24 66 67 51 11.47 25 69 67 52

Tabel 4.2.2 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 12.24 25 50 49 43 12.26 25 60 56 46 12.28 25 66 75 51 12.30 25 67 75 52 12.32 25 67 74 52 12.34 25 67 73 53 12.36 25 68 70 53 12.37 25 67 67 52

Tabel 4.2.3 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 2 (ke-1)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 11.50 25 43 43 40 11.52 25 62 51 44 11.54 25 61 60 48 11.56 25 66 74 51

  Waktu T1p T2p T3p T4p 11.60 25 67 74 52 12.02 25 67 69 51 12.04 25 67 67 52 12.05 25 69 67 52

Tabel 4.2.4 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 2 (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 12.39 25 54 52 46 12.41 25 61 69 52 12.43 25 66 69 51 12.45 25 67 75 52 12.47 25 67 75 53 12.49 25 67 70 52 12.51 25 67 67 52 12.52 25 68 65 51

Tabel 4.2.5 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 3 (ke-1)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 12.08 25 51 52 44 12.10 25 62 67 49 12.12 25 67 74 51 12.14 25 67 75 52 12.16 25 67 72 52 12.18 24 66 69 52 12.20 24 67 69 52 12.21 25 69 69 53

Tabel 4.2.6 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 3 (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 13.54 25 51 56 46 12.56 25 56 67 50 12.58 25 68 83 53 13.00 25 68 80 53 13.02 25 68 76 53 13.04 25 68 77 53 13.06 25 68 74 53 13.07 25 72 72 53

Tabel 4.3 Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air

  Waktu (menit) Head Volume V out

  3

  (m) spirtus(ml) (m ) proses pompa 25 32

  25.45

  5.75

  1.75 25 30

  28.27

  4.20 Tabel 4.3.1 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-1) Waktu T1p T2p T3p T4p

  14.38 24 22 26 26 14.40 24 24 27 26 14.42 25 25 29 26 14.44 33 24 42 35 14.46 38 25 54 37 14.48 38 25 51 36 14.50 41 25 51 36 14.52 43 25 49 36 14.54 44 25 48 37 14.56 44 29 46 37 Waktu T1p T2p T3p T4p 14.58 44 30 45 38 15.00 45 32 44 38 15.02 45 33 43 37 15.04 45 33 43 37 15.06 51 34 42 35 15.08 51 35 40 35 15.10 52 35 40 35

Tabel 4.3.2 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-2)

  Waktu T1p T2p T3p T4p 15.14 45 34 33 37 15.16 45 35 35 35 15.18 50 32 54 40 15.20 51 35 54 41 15.22 51 35 51 40 15.24 51 35 45 37 15.26 51 35 43 36 15.28 51 35 42 36 15.30 52 35 41 35 15.32 52 35 41 35 15.34 52 35 40 35 15.36 52 36 38 35 15.38 52 36 37 35 15.40 52 37 38 35 15.42 52 36 41 35 15.44 51 37 32 35

Tabel 4.4 Data 1 menggunakan kolektor CPC

  WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2 4/1/2009 10:30 37 30 33 25 800 4/1/2009 10:35 44 34 35 28 812 4/1/2009 10:40 52 35 41 32 839 4/1/2009 10:45 59 35 48 32 843 4/1/2009 10:50 64 36 56 34 808 4/1/2009 10:55 72 43 64 37 700 4/1/2009 11:00 74 46 66 43 445 4/1/2009 11:05 73 49 65 44 806 4/1/2009 11:10 66 46 60 37 835 4/1/2009 11:15 67 46 59 43 875 4/1/2009 11:20 70 48 62 42 865 4/1/2009 11:25 77 51 69 51 293 4/1/2009 11:30 73 51 66 49 312

Tabel 4.5 Data 2 menggunakan kolektor CPC

  WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2 4/2/2009 10:00 52 34 35 34 824 4/2/2009 10:05 59 34 43 34 813 4/2/2009 10:10 62 35 50 34 800 4/2/2009 10:15 69 38 57 35 808 4/2/2009 10:20 73 41 58 36 794 4/2/2009 10:25 74 43 59 40 802 4/2/2009 10:30 74 44 60 40 836 4/2/2009 10:35 72 44 61 37 818 4/2/2009 10:40 73 46 65 40 823 4/2/2009 10:45 76 48 65 43 820 4/2/2009 10:50 75 48 65 42 820 4/2/2009 10:55 76 49 66 43 822

Tabel 4.6 Data 3 menggunakan kolektor CPC

  WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2 4/3/2009 12:25 37 27 27 20 777 4/3/2009 12:30 44 32 32 27 180 4/3/2009 12:35 50 33 38 34 188 4/3/2009 12:40 57 35 42 35 446 4/3/2009 12:45 56 35 43 35 150 4/3/2009 12:50 54 34 43 35 153 4/3/2009 12:55 53 33 41 33 150 4/3/2009 13:00 51 33 40 32 170 4/3/2009 13:05 48 32 38 29 505 4/3/2009 13:10 48 33 36 30 858 4/3/2009 13:15 51 33 37 29 904 4/3/2009 13:20 57 35 42 33 613 4/3/2009 13:25 60 35 46 35 734

Tabel 4.7 Data 4 menggunakan kolektor CPC

  WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2 4/6/2009 10:47 35 27 33 30 839 4/6/2009 10:52 41 30 36 34 783 4/6/2009 10:57 44 33 42 34 886 4/6/2009 11:02 51 35 48 35 883 4/6/2009 11:07 52 36 56 34 868 4/6/2009 11:12 68 41 58 41 850 4/6/2009 11:17 74 42 61 40 825 4/6/2009 11:22 75 44 64 43 775 4/6/2009 11:27 75 46 62 46 780 4/6/2009 11:32 75 49 62 49 810 4/6/2009 11:37 75 49 65 49 804 4/6/2009 11:42 75 50 61 46 840

4.2 Perhitungan Efisiensi Sensibel Kolektor ( η )

  0.92 4/1/2009 11:00 600

  1.03 4/1/2009 10:45 600

  0.45 0.8 2300 32 843

  0.00 4/1/2009 10:50 600

  0.45 0.8 2300

  34 2 808

  0.53 4/1/2009 10:55 600

  0.45 0.8 2300

  37 3 700

  0.45 0.8 2300

  0.45 0.8 2300

  43 6 445

  2.91 4/1/2009 11:05 600

  0.45 0.8 2300

  44 1 806

  0.27 4/1/2009 11:10 600

  0.45 0.8 2300 37 -7 835

  0.45 0.8 2300

  43 6 875

  1.48

  32 4 839

  0.80 4/1/2009 10:40 600

  _s

  X S = η

  Efisiensi sensibel kolektor ( η ) pada data tabel 4.1 sampai tabel 4.4 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5). Berikut prosedur perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada tabel 4.1 data 1 yang diperlukan Ac = 0.8 m , Cp oli = 800 J/kg.K, dt = 600 detik, Gt = 569 W/m, m = 0.45kg,

  ΔT = 0 C ^{s 2 f}

  % 100 . ) . . (