POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR 26 CC DAN PEMANAS 78 WATT Tugas Akhir - Pompa air energi termal dengan evaporator 26 cc dan pemanas 78 watt - USD Repository

POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR

26 CC DAN PEMANAS 78 WATT Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

WIDAGDO NIM : 055214013 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009

THERMAL ENERGY WATER PUMP WITH 26 CC EVAPORATOR AND 78 WATT HEATER Final Project

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

W by

WIDAGDO Student Number : 055214013 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2009

PERSEMBAHAN Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada :

☺ Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa

membimbing, mendampingi hingga selesainya

tugas akhir ini.

☺ Keluargaku tercinta yang selalu memberikan dukungan dan mendoakan demi kesuksesanku.

☺ Yoannitha Santhi Noviliastuti yang selalu memberikan semangat dalam Tugas Akhir ini.

☺ Sahabat – sahabatku yang membantu terlaksananya Tugas akhir ini.

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam "Tugas Akhir" ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi manapun. Sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau di terbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 09 September 2009 Widagdo

PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas sanata Dharma : NAMA : WIDAGDO NIM : 055214013

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : .......................................POMPA AIR ENERGI TERMAL......................................

...............DENGAN EVAPORATOR 26 CC DAN PEMANAS 78 WATT............. beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikanya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta,

09 September 2009 Yang menyatakan, Widagdo

INTISARI

Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi tidak semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Untuk selanjutnya pompa termal ini akan dikembangkan menjadi energi surya termal menggunakan pemanas dengan kolektor surya plat datar jenis CPC

(Compound Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang

karakteristik kolektor surya jenis CPC tersebut. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Puls Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar jenis CPC.

Pompa air energi termal jenis pulsajet air terdiri dari 4 (empat) komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning pipe (pipa osilasi). Sedangkan bagian utama pada kolektor surya jenis CPC adalah (1) reflektor dengan alumunium foil, (2) pipa riser dan (3) CPC (Compound

Parabolic Collector ). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa

adalah temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), V out dan t out pemompaan. Sedangkan pada kolektor adalah temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8) dan radiasi surya yang datang (G). Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah variasi ketinggian head (1,75 m, 1,50 m dan 1 m), variasi bukaan kran (0º(terbuka penuh), tertutup 15º, dan tertutup 30º) dan variasi pendingin (udara dan air).

Hasil penelitian menunjukkan Debit maksimum (Q) 0,417 (liter/menit), Daya Pompa maksimum (Wp) 0.119

Watt, Efisiensi Pompa maksimum (η pompa) 0,152 %, T7 maksimum kolektor 61 ºC, Faktor Efisiensi Kolektor maksimum (F’) 0.9785, Efisiensi Kolektor maksimum (

η kolektor) 10,226 %

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 dengan judul “ Pompa Air

Energi Termal Dengan Evaporator 26 cc Dan Pemanas 78 Watt “ ini karena

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

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

2. Bapak Budi 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.

6. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

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

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

Yogyakarta, 09 September 2009 Widagdo

DAFTAR ISI

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

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ....................................... vii

INTISARI ...................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ................................................................................... ix DAFTAR ISI .................................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xv

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

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

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

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

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

2.1 Dasar Teori..................................................................................... 5

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

3.1 Deskripsi Alat ................................................................................. 13

3.2 Prinsip Kerja Alat ........................................................................... 15

3.3 Variabel Yang Divariasikan............................................................ 16

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

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 20

3.6 Analisa Data .................................................................................... 21

3.7 Peralatan Pendukung....................................................................... 21

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 23

4.1 Data Penelitian ................................................................................ 23

4.2 Perhitungan ..................................................................................... 38

4.2.1. Perhitungan Pompa............................................................... 38

4.2.2. Perhitungan Kolektor............................................................ 40

4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ...................................................... 43

4.4 Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC .......................................... 51

BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 59

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 59

5.2 Saran ............................................................................................... 59

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 61

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º ....................... 23

4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º....................... 23

4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º............................................................................................... 24

4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º............................................................................................... 25

4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup30 º............................................................................................... 26

4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º............................................................................................... 26

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

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

4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m............................................................................................. 29

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

4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m.................................................................................................. 30

4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m.................................................................................................. 31

4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara......................................................................................................... 31

4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara......................................................................................................... 32

4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air............................................................................................ 33

4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air............................................................................................ 34

4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran.......................................... 35

4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head.................................... 35

4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin................................................ 35

4.20 Data I Temperatur Penelitian Kolektor CPC.......................................... 36

4.21 Data II Temperatur Penelitian Kolektor CPC........................................... 36

4.22 Data III Temperatur Penelitian Kolektor CPC.......................................... 37

4.23 Data IV Temperatur Penelitian Kolektor CPC.......................................... 37

DAFTAR GAMBAR

2.1. Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet air ............................ 5

2.2. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Fluidyn Pump ........................ 6

2.3. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Nifte Pump ............................ 6

2.4. Gambar Kolektor Plat Datar Konvensional............................................ 9

2.5. Gambar Kolektor Plat Datar Evacuate Tube.......................................... 9

2.6. Gambar Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung...................................... 10

2.7. Gambar Kolektor Plat Datar Parabolik Jenis Piringan........................... 11

3.1 Gambar Skema Alat Penelitian.............................................................. 13

3.2 Gambar Detail Evaporator..................................................................... 14

3.3 Gambar CPC Pada Kolektor.................................................................. 14

3.4 Gambar Variasi Bukaan Kran................................................................ 17

3.5 Gambar Variasi Ketinggian Head.......................................................... 17

3.6 Gambar Variasi Pendinginan................................................................. 18

3.7 Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa............................................... 19

3.8 Gambar Posisi Termokopel Pada Kolektor............................................ 19

4.1 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa...................................................................... 43

4.2 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa................................................................ 44

4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara................................................... 45

4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,50 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara.................................................... 46

4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara.................................................... 47

4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 15º Head 1,75 m dan Pendingin Udara......................................................... 48

4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 30º Head 1,75 m dan Pendingin Udara......................................................... 49

4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Pendingin Air Bukaan Kran 30º dan Head 1,75 m ............................... 50

4.9 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data I Kolektor CPC.......................................................... 51

4.10 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data II Kolektor CPC......................................................... 52

4.11 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data III Kolektor CPC....................................................... 53

4.12 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC....................................................... 54

4.13 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I Kolektor CPC......................................................................................... 55

4.14 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II Kolektor CPC ......................................................................................... 56

4.15 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III Kolektor ......................................................................................... 57

CPC

4.16 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data IV Kolektor CPC......................................................................................... 58

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita miliki tidak kita olah dengan sebaik- baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.

Selama ini pompa air umumnya digerakkan dengan energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik, disamping itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Alternatif lain yaitu pompa air dengan energi termal, pompa air energi termal terdiri dari berbagai jenis yaitu pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (Water Puls Jet), pompa air energi termal jenis Fluidyn Pump dan pompa air energi termal jenis Nifte Pump.

Pada penelitian ini memilih pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (Water Puls Jet) karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana dibandingkan dengan lainya serta mempunyai komponen yang mudah dibuat, selanjutnya penelitian pompa air energi termal ini akan dikembangkan dengan menggunakan energi surya termal. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut akan digunakan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound Parabolic

Collector) sehingga perlu dilakukan penelitian tentang karakteristik kolektor

tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan untuk pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.

1.2. Perumusan Masalah

Pada penelitian ini adalah model pompa air energi termal dengan variasi bukaan kran, ketinggian head dan jenis pendinginan untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (

η pompa) yang dihasilkan dan penelitian karakteristik kolektor surya plat datar jenis CPC untuk mengetahui T7 maksimum kolektor keluar ke evaporator, faktor efisiensi kolektor (F'), efisiensi kolektor (

η kolektor). Pada pengujian pompa beberapa variabel yang diukur saat pengujian yaitu suhu T1, T2, T3, T4, waktu pemompaan (t out) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V) sedangkan variabel yang diukur saat pengujian kolektor yaitu suhu T5, T6, T7, T8 dan G radiasi surya yang datang.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian :

1. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi ( η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Puls

Jet ).

2. Mengetahui T7 maksimum kolektor keluar ke evaporator, faktor efisiensi kolektor (F') dan efisiensi kolektor ( η kolektor) maksimum kolektor surya plat datar dengan Compound Parabolic

Collector (CPC) .

Manfaat penelitian : 1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

2. Dapat diaplikasikan dimasyarakat luas khusunya masyarakat Indonesia.

3. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.

BAB II DASAR TEORI Penelitian yang pernah dilakukan Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu

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

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

(Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus / hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001).

2.1. Dasar Teori

Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (Water Puls Jet), pompa air energi termal dengan jenis fluidyn

pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada penelitian ini

dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water puls jet) dengan menggunakan fluida kerja air dan bahan bakar spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

Keterangan :

1. Fluida air

2. Sisi uap

3. Sisi panas

4. Sisi dingin

5. Tuning pipe

6. Katup hisap

7. Katup buang

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet Air (Water Puls Jet)

Keterangan : 1.

Displacer

2. Penukar panas

3. Pemicu regenerasi

4. Penukar panas

5. Tuning pipe

6. Katup hisap

7. Katup buang

8. Sisi volume mati

9. Pengapung

Gambar 2.2 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

Keterangan :

1. Kekuatan piston

2. Beban

3. Silinder displacer

4. Evaporator

5. Kondenser

6. Katup

7. Saturator

8. Difusi kolom

9. Perpindahan panas

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump Kemudian dilakukan penelitian serta perhitungan untuk mendapatkan : Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :

V Q = (2.1) t

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

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

W g Q H

= ρ . . . (2.2)

dengan:

: massa jenis air (kg/m ) ρ

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 = spirtus (2.3) t dengan : m : massa air (kg) C p : panas jenis air (J/(kg.K)

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

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

Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

W P

η pompa

W (2.4) spirtus

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

Kolektor plat datar terdapat 2 jenis yaitu kolektor plat datar konvensional dan kolektor plat datar evacuated tube. Jenis kolektor plat datar konvensional adalah jenis yang paling umum digunakan. Pada prinsipnya terdiri dari kotak berisolasi di dalamnya terdapat reflektor dari alumunium foil yang menangkap radiasi surya yang datang dan dipantulkan ke pipa riser dan cpc dari kayu sebagai penyangga pipa sekaligus sebagai parabola untuk memfokuskan pemanasan pipa riser. Energi surya diterima reflektor dikonversikan menjadi panas kemudian fluida dalam pipa / saluran mengambil panas dan menuju ke evaporator. Jenis kolektor plat datar evacuated tube terdiri dari beberapa tabung individual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari beberapa tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated tube ini dapat mencapai temperatur 120 ºC dan dapat dimanfaatkan untuk sistem pendingin absorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.

Gambar 2.4 Kolektor Plat Datar Konvensional

Gambar.2.5 Kolektor Plat Datar Evacuated Tube Kolektor Plat Parabolik Kolektor ini dengan 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 yaitu jenis tabung (Through) dan piringan (Dish). Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90 ºC sampai 290 ºC dengan efisiensi η maksimum 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 mencapai temperatur 800 ºC 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 2.6 Kolektor Plat Parabolik Jenis TabungGambar 2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis Piringan

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

_s m . c . _{s s}

F '

(2.5) =

Ac . ( ) τ . α . G − U .( T − T ) { L s ^{2 a }}

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

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

2 Ac : luasan kolektor (m )

τ.α : transfusifitas kaca

G : 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 (ºC) T a : temperatur lingkungan (ºC)

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

m C Δ T . . f P

(2.6)

η = kolektor

Ac G dt . .

dengan :

2 Ac : luasan kolektor (m )

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

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

m : massa fluida kerja pada evaporator (kg)

ΔT : kenaikan temperatur spritus (ºC)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

Pompa termal Kolektor surya

Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian

Keterangan pompa :

1. Tuning pipe 7. Selang keluaran

2. Kran osilasi 8. Evaporator

3. Gelas ukur 9. Pendingin

4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida

5. Katup hisap satu arah 11. Rangka

6. Katup buang satu arah Keterangan kolektor surya:

1. Isolasi

2. Reflektor

3. Pipa riser

4. CPC

5. Rangka

6. Evaporator

m c

34 3cm m c 55 m

5 c m c

21 1 cm

Gambar 3.2 Detail Evaporator Gambar 3.3 CPC Pada Kolektor

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

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

2. Kotak pemanas / pembakar dengan bahan bakar spirtus

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

thermosifon

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

1. Reflektor dengan aluminium foil

2. Pipa riser

3. CPC (Compound Parabolic Collector )

3.2 Prinsip Kerja Alat

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

Jet). Kondenser yang digunakan berbentuk pipa PVC. Pada penelitian ini

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

Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan pluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa / sistem turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa.

Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber. Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut :

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

3.3 Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu :

1. Variasi bukaan kran yaitu 0º terbuka penuh, tertutup 15º, dan tertutup 30 º 2. Variasi ketinggian head yaitu 1 m, 1,50 m, dan 1,75 m.

3. Variasi pendinginan yaitu udara dan air.

Gambar 3.4 Variasi Bukaan Kran

,75m

1 Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head Evaporator Pendingin air

Gambar 3.6 Variasi Pendinginan

3.4 Variabel yang Diukur

Variabel-variabel yang diukur dalam penelitian pompa adalah temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3) dan temperatur udara sekitar (T4), sedandkan pada pompa adalah temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur evaporator pada pipa kecil (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8), dan radiasi surya yang datang (G). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan radiasi surya yang datang (G), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (

η kolektor), debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa ( spirtus) η pompa) serta daya spirtus (W

Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada PompaGambar 3.8 Posisi Termokopel Pada Kolektor

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data

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

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

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

2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

3. Memasang alat ukur yang digunakan.

4. Mengisi bahan bakar spirtus.

5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

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

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

Langkah – langkah pengambilan data kolektor : 1. Persiapan alat.

2. Mengisi fluida kerja kolektor dengan fluida kerja oli.

3. Pemanasan kolektor dibawah terik sinar matahari langsung.

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

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

3.6 Analisa Data

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

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

3.7 Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a.

Solar Meter

Alat ini berfungsi untuk melihat radiasi surya yang datang dalam

2 W/m .

Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir .

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

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

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

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

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

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

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

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 17:47 24 25 24 22 8/4/2009 17:48 24 27 25 24 8/4/2009 17:49 25 30 25 24 8/4/2009 17:50 26 35 26 24 8/4/2009 17:51 29 43 27 24 8/4/2009 17:52 40 59 32 24 8/4/2009 17:53 62 70 43 24 8/4/2009 17:54 57 67 43 24 8/4/2009 17:55 54 66 44 24 8/4/2009 17:56 58 66 48 24 8/4/2009 17:57 59 67 49 24 8/4/2009 17:58 59 67 48 24 8/4/2009 17:59 59 68 51 24 8/4/2009 18:00 59 67 49 24 8/4/2009 18:01 59 67 48 24 8/4/2009 18:02 59 68 48 24 8/4/2009 18:03 59 67 48 24 8/4/2009 18:04 59 67 48 24 8/4/2009 18:05 59 67 48 24

Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 18:08 53 60 43 24 8/4/2009 18:09 50 51 38 25 8/4/2009 18:10 48 51 36 24 8/4/2009 18:11 46 51 35 24 8/4/2009 18:12 45 52 35 24

Tabel 4.2 ( lanjutan )

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 18:13 50 66 38 24 8/4/2009 18:14 53 59 48 25 8/4/2009 18:15 57 62 48 24 8/4/2009 18:16 57 65 48 24 8/4/2009 18:17 59 66 49 24 8/4/2009 18:18 56 65 46 25 8/4/2009 18:19 59 64 49 24 8/4/2009 18:20 58 64 46 24 8/4/2009 18:21 57 65 46 24 8/4/2009 18:22 59 64 49 25 8/4/2009 18:23 59 64 49 24 8/4/2009 18:24 59 65 48 24 8/4/2009 18:25 58 66 48 25 8/4/2009 18:26 59 66 48 24 8/4/2009 18:27 59 66 45 25 8/4/2009 18:28 59 67 48 24

Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 18:31 50 53 40 25 8/4/2009 18:32 48 49 36 24 8/4/2009 18:33 45 49 35 24 8/4/2009 18:34 44 50 35 25 8/4/2009 18:35 49 61 36 25 8/4/2009 18:36 60 68 49 24 8/4/2009 18:37 59 67 52 25 8/4/2009 18:38 59 66 52 25 8/4/2009 18:39 59 65 51 24 8/4/2009 18:40 59 65 50 25 8/4/2009 18:41 59 65 52 24 8/4/2009 18:42 59 66 53 24 8/4/2009 18:43 59 65 51 24

Tabel 4.3 ( lanjutan )

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 18:44 57 66 48 25 8/4/2009 18:45 58 66 53 24 8/4/2009 18:46 57 67 54 24 8/4/2009 18:47 58 64 52 25

Tabel 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°

Waktu T1 T2 T3 T4

8/4/2009 18:51 45 48 36 24 8/4/2009 18:52 43 44 35 25 8/4/2009 18:53 43 46 33 24 8/4/2009 18:54 45 58 35 24 8/4/2009 18:55 52 65 40 25 8/4/2009 18:56 54 60 42 24 8/4/2009 18:57 56 61 43 25 8/4/2009 18:58 57 62 43 24 8/4/2009 18:59 57 64 43 24 8/4/2009 19:00 58 64 42 24 8/4/2009 19:01 58 64 43 25 8/4/2009 19:02 58 64 43 24 8/4/2009 19:03 57 64 42 24 8/4/2009 19:04 58 64 42 24 8/4/2009 19:05 57 64 42 24 8/4/2009 19:06 57 62 41 25 8/4/2009 19:07 57 64 42 24 8/4/2009 19:08 58 64 43 25 8/4/2009 19:09 58 64 43 24 8/4/2009 19:10 57 64 42 24 8/4/2009 19:11 57 64 43 25 8/4/2009 19:12 58 64 43 25

Tabel 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°

Waktu T1 T2 T3 T4

8/5/2009 10:48 22 22 24 22 8/5/2009 10:49 22 26 22 22 8/5/2009 10:50 24 27 24 22 8/5/2009 10:51 24 32 24 24 8/5/2009 10:52 24 35 24 22 8/5/2009 10:53 25 36 25 22 8/5/2009 10:54 25 40 25 22 8/5/2009 10:55 26 43 26 22 8/5/2009 10:56 33 50 27 22 8/5/2009 10:57 44 54 33 22 8/5/2009 10:58 59 65 38 24 8/5/2009 10:59 51 59 37 22 8/5/2009 11:00 52 57 42 22 8/5/2009 11:01 53 56 44 24 8/5/2009 11:02 52 59 43 24 8/5/2009 11:03 54 59 46 22 8/5/2009 11:04 54 59 44 24 8/5/2009 11:05 56 58 46 24 8/5/2009 11:06 57 59 46 24 8/5/2009 11:07 57 58 46 22 8/5/2009 11:08 56 59 46 24 8/5/2009 11:09 54 59 44 24 8/5/2009 11:10 56 60 44 24 8/5/2009 11:11 57 59 45 24 8/5/2009 11:12 57 58 48 24 8/5/2009 11:13 57 59 46 24 8/5/2009 11:14 54 59 44 24 8/5/2009 11:15 56 58 45 24

Tabel 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°

Waktu T1 T2 T3 T4

8/5/2009 11:18 51 54 42 24 8/5/2009 11:19 49 48 40 24 8/5/2009 11:20 51 54 42 24 8/5/2009 11:21 53 54 45 24

Tabel 4.6 ( lanjutan )

24 8/5/2009 11:38

24 8/5/2009 11:37

24 8/5/2009 11:36

24 8/5/2009 11:35

24 8/5/2009 11:34

24 8/5/2009 11:39

24 8/5/2009 11:42

Waktu T1 T2 T3 T4

24 Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m

24 8/5/2009 11:43

24 8/5/2009 11:41

24 8/5/2009 11:40

24 8/5/2009 11:33

Waktu T1 T2 T3 T4

24 8/5/2009 11:26

24 8/5/2009 11:25

24 8/5/2009 11:27

24 8/5/2009 11:24

24 8/5/2009 11:23

8/5/2009 11:22

24 8/5/2009 11:32

24 8/5/2009 11:31

24 8/5/2009 11:30

24 8/5/2009 11:29

24 8/5/2009 11:28

POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR 26 CC DAN PEMANAS 78 WATT Tugas Akhir - Pompa air energi termal dengan evaporator 26 cc dan pemanas 78 watt - USD Repository