Unjuk kerja pompa air energi termal menggunakan fluida kerja petroleum eter dengan laju massa fluida kerja 4,3 liter menit

i

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA PETROLEUM ETER

DENGAN LAJU MASSA FLUIDA KERJA 4,3 LITER/MENIT

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh : PERMANA PANJI

NIM : 105214081

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

ii

PERFORMANCE OF THERMAL ENERGY WATER PUMP

WHICH USED PETROLEUM ETHER AS WORKING FLUIDS

WITH MASS FLOW RATE FLUIDS IS 4,3 LITER/MINUTE

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

Presebted by

PERMANA PANJI Student Number : 105214081

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2013

vii

INTISARI

Masyarakat membutuhkan air untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Selama ini masyarakat menggunakan pompa air dengan energi listrik atau bahan bakar fosil untuk mengalirkan air dari sumbernya. Tidak semua daerah terjangkau aliran listrik atau distribusi bahan bakar minyak. Penggunaan tenaga manual sebagai solusi tidak efisien dalam segi waktu. Salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan pompa air tenaga termal. Tujuan yang ingin dicapai peneliti adalah membuat model pompa air tenaga termal dengan pemanas berupa pipa tembaga dan pemisah uap, menyelidiki debit, daya pemompaan, efisiensi pompa, dan efisiensi termal maksimum yang dapat dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah petroleum eter. Evaporator terdiri dari delapan pipa tembaga yang dipanasi dengan uap minyak sayur panas yang tersusun pararel dengan posisi horisontal. Kondensor berupa pipa spiral dari stainlees steel. Variabel yang divariasikan, jumlah tabung udara tekan, volume awal udara tekan (12 liter dan 9,5 liter), jumlah volume awal fluida kerja (2,51 liter dan 1,26 liter), dan tinggi head pemompaan (2,35 m dan 1,35 m). Variabel yang diukur temperatur minyak pemanas bagian bawah, temperatur minyak pemanas bagian atas, temperatur fluida kerja cair masuk evaporator, temperatur fluida kerja cair keluar evaporator, tekanan pada fluida kerja cair yang masuk ke pemanas, tekanan pada bagian tabung air tekan, tekanan pada bagian tabung udara tekan, kenaikan air pada tabung udara tekan, volume pemompaan, waktu pemompaan, waktu pemanasan, dan waktu pendinginan. Dari penelitian didapat hasil debit pemompaan maksimum tiap siklus sebesar 0,77 liter/menit, daya pemompaan maksimum sebesar 0,46 watt, efisiensi pemompaan maksimum sebesar 0,031% didapat pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula sebesar 2,51 liter, menggunakan dua tabung udara tekan, volume udara tekan 12 liter dan ketinggian head pemompaan 2,5 m. Efisiensi termal maksimum sebesar 87,51 % didapat pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula 2,51 liter, menggunakan satu tabung udara tekan, volume udara tekan 5,9 liter, dan ketinggian head pemompaan 2,35 m.

Kata kunci : pompa air termal, tenaga termal, debit pompa, daya pompa, efisiensi pompa, efisiensi termal.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. PK. Purwadi, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik dan dosen pembimbing 1 tugas akhir.

4. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing 2 Tugas Akhir.

5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Pendamping yang telah membantu dalam menyelesaikan alat penelitian.

6. Narima dan Suyatmi selaku Bapak dan Ibu saya yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

7. Rani Listya Ratih dan Elysia Ratri Rahmadhani selaku saudara kandung saya yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya Tugas Ahir ini.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL. ... i

TITLE PAGE. ... ii

HALAMAN PENGESAHAN. ... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI. ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR. ... v

LEMBAR PUBLIKASI. ... vi

INTISARI. ... vii

KATA PENGANTAR. ... viii

DAFTAR ISI. ... x

DAFTAR GAMBAR. ... xii

DAFTAR TABEL. ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

l.1 Latar Belakang. ... 1

1.2 Perumusan Masalah. ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 4

1.4 Manfaat Penelitian. ... 5

1.5 Batasan Masalah, ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. ... 7

2.1 Dasar Teori. ... 7

2.2 Persamaan Yang Digunakan. ... 9

2.3 Penelitian Terdahulu. ... 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN……...………….………….. ... 14

xi

3.2 Variabel Yang Divariasikan ... 18

3.3 Variabel Yang Diukur……… ... 22

3.4 Langkah Penelitian... 24

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

4.1 Hasil Penelitian… ... 25

4.2 Pembahasan ... 34

BAB V PENUTUP ... 44

5.1 Kesimpulan ... 44

5.2 Saran ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian ... 14

Gambar 3.2 Skema Pemisah Uap ...16

Gambar 3.3 Debit Aliran Fluida Kerja Cair ... 19

Gambar 3.4 Variasi volume fluida kerja cair mula-mula ... 20

Gambar 3.6 Variasi jumlah tabung udara tekan ... 21

Gambar 3.7 Posisi termokopel dan manometer... 23

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi jumlah tabung udara tekan ... 35

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi jumlah tabung udara tekan ... 35

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi jumlah tabung udara tekan ... 36

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi volume fluida kerja cair mula mula...38

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula ... 38

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula ... 39

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi ketinggia head pemompaan ... 40

Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi ketinggian head pemompaan ... 41

Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi ketinggian head pemompaan ... 41

Gambar L.1 Alat penelitian pompa air termal. ... 46

xiii

Gambar L.2 Pemanas fluida kerja cair ... 46

Gambar L.3 Tabung pemisah uap. ... 46

Gambar L.4 Kondensor... 47

Gambar L.5 Penampung fluida kerja. ... 47

Gambar L.6 Tabung air tekan. ... 47

Gambar L.7 Tabung udara tekan. ... 47

Gambar L.8 Manometer udara. ... 48

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian pada variasi jumlah tabung udara mengunakan dua tabung udara tekan dan satu tabung udara tekan ... 26 Tabel 4.2 Data penelitian pada variasi jumlah massa fluida mula – mula pada pemanas dan kondensor ... 27 Tabel 4.3 Data penelitian pada variasi ketinggian head pemompaan

2,35 m dan 1,35 m ... 27 Tabel 4.4 Data perhitungan pada variasi jumlah tabung udara mengunakan

dua tabung udara tekan dan satu tabung udara tekan ... 33 Tabel 4.5 Data perhitungan pada variasi jumlah massa fluida mula–mula

pada pemanas dan kondensor ... 33 Tabel 4.6 Data perhitungan pada variasi ketinggian head pemompaan

2,35 m dan 1,35 m ... 34 Tabel L.1 Tabel sifat fluida minyak pemanas. ... 49 Tabel L.2 Tabel sifat fluida kerja eter. ... 49

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari manusia harus memenuhi kebutuhannya untuk dapat bertahan hidup. Pangan adalah salah satu kebutuhan pokok bagi manusia. Kebutuhan akan pangan diwujudkan dalam kebutuhan akan makanan dan minuman. Air adalah salah satu bahan yang selalu ada pada makanan dan minuman. Kebutuhan akan air menjadi kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan kehidupan manusia. Pada kenyataannya ketersediaan air yang memenuhi syarat untuk memenuhi kebutuhan manusia di atas sering menjadi masalah, sumber air tidak selalu berada sesuai dengan tempat air tersebut diperlukan. Alat bantu yang dipakai untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang diperlukan adalah pompa air.

Pompa air pada umumnya digerakkan dengan energi listrik atau dengan bahan bakar fosil. Penggunaan pompa air sangat membantu ketersediaan air pada daerah yang memiliki jaringan listrik dan bahan bakar yang baik. Beberapa daerah, terutama di Indonesia masih belum terjangkau aliran listrik dan sarana transportasi yang memadai. Di daerah tertinggal seperti ini, pemanfaatan pompa dengan bahar bakar fosil akan menyebabkan mahalnya harga penyediaan air. Hal ini akan mempengaruhi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan yang lain. Untuk menghindari mahalnya biaya penyediaan air, masyarakat mengambil air dari

sumber air dengan cara manual yaitu dengan menggunakan tenaga manusia. Penggunaan tenaga manusia ini merupakan tindakan yang tidak efektif. Masyarakat harus kehilangan waktu untuk melakukan kegiatan yang lebih produktif. Waktu dan tenaga yang digunakan untuk mengambil air bisa digunakan untuk hal lain yang lebih produktif.

Setiap daerah memiliki karakteristik alam yang berbeda antara satu dengan lainnya. Pemanfaatan energi alam bisa menjadi salah satu alternatif solusi sumber energi pompa air. Energi surya merupakan salah satu energi bebas yang terdapat di alam dan sebagai Negara tropis Indonesia mempunyai banyak daerah dengan potensi energi surya yang dihasilkan dari panas matahari yang cukup besar. Pemanfaatan energi surya pada umunya berupa sel surya dan kolektor surya. Sel surya masih tergolong teknologi tinggi dan mahal sehingga jarang digunakan di daerah pada negara berkembang. Kolektor surya merupakan teknologi yang sederhana dan murah. Pemanfaatan kolektor surya memiliki peluang untuk dapat digunakan untuk memompa air pada daerah tertinggal.

1.2 Perumusan Masalah

Kerja pemompaan dihasilkan oleh proses penguapan dan pengembunan fluida kerja. Saat terjadi proses penguapan, tekanan fluida kerja akan naik, kenaikan tekanan ini digunakan untuk mengalirkan air dari pompa ke empat air tersebut diperlukan. Saat terjadi proses pengembunan tekanan fluida kerja akan turun, penurunan tekanan ini digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke dalam

pompa air. Proses penguapan fluida kerja memerlukan energi panas dan proses pengembunan memerlukan pendinginan. Energi panas diperoleh dari energi surya dan pendinginan dilakukan oleh fluida pendingin seperti udara atau air. Unjuk kerja pompa air ditentukan oleh kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja. Kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja ditentukan oleh sifat-sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta beban ( head ) pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat mudah menguap (mempunyai kapasitas panas dan titik didih yang tidak terlalu tinggi) tetapi juga mudah untuk diembunkan kembali. Fluida yang mempunyai sifat seperti ini diantaranya adalah dietil eter dan petroleum eter. Dietil eter dan petroleum eter yang dijual dipasaran umumnya tidak memiliki spesifikasi yang jelas dan tidak sama antara satu toko dan toko lainnya. Penelitian ini akan menjajagi kemungkinan apakah petroleum eter yang ada di pasaran ( khususnya di Yogyakarta ) dapat digunakan sebagai fluida kerja pada pemanfaatan Pompa energi termal. Penggunaan fluida kerja dalam penelitian ini yaitu petroleum eter yang mempunyai titik didih sebesar 40 - 60°C dengan berat jenis 0,6 gr/cm², atau tergantung pada komposisinya.

2. Jumlah massa fluida kerja yang lebih banyak dapat menghasilkan kenaikan tekanan yang lebih besar tetapi dengan kecepatan penguapan yang lebih rendah dibandingkan jumlah massa fluida kerja yang lebih sedikit. Demikian juga pada proses pengembunan, jumlah massa fluida kerja yang lebih banyak dapat menghasilkan penurunan tekanan yang lebih besar tetapi dengan kecepatan

pengembunan yang lebih lambat. Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida kerja yang digunakan ( petroleum eter ) terhadap unjuk kerja pompa air energi termal dengan sistem termodinamik.

3. Beban ( head pemompaan ) juga akan berpengaruh terhadap kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja sehingga akan mempengaruhi unjuk kerja pompa air yang dihasilkan. Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh beban pemompaan terhadap unjuk kerja pompa air dengan sistem termodinamik.

4. Volume udara tekan juga akan berpengaruh terhadap tekanan yang dihasilkan oleh udara yang terkompresi dalam tabung udara tekan sehingga akan mempengaruhi juga terhadap unjuk kerja pompa air energi termal dengan sistem termodinamik.

5. Volume fluida kerja cair ( petroleum eter ) pada pemanas dan kondensor saat pemanasan juga mempengaruhi terhadap unjuk kerja pompa air energi termal dengan sistem termodinamik.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini :

1. Membuat model pompa air tenaga termal dengan pemanas berupa pipa tembaga yang disusun secara parallel dan dilengkapi dengan pemisah uap.

2. Meneliti debit maksimum pemompaan. 3. Meneliti daya maksimum pemompaan. 4. Meneliti efisiensi maksimum pompa.

5. Meneliti efisiensi termal pada pemanas.

1.4Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi termal.

2. Mendapatkan data konfigurasi sistem pemompaan air dengan tenaga termal yang bisa menjadi dasar untuk penelitian selanjutnya dalam pengembangan sistem pompa air tenaga termal.

3. Hasil-hasil penelitian diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air energi termal yang efektif dan efisien sehingga dapat diterima masyarakat dan meningkatkan kesejahteraan.

4. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan energi listrik untuk penggerak pompa air.

1.5 Batasan Masalah

Batasan dari penelitian yang dilakukan adalah :

1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan pemanas berupa pipa-pipa tembaga yang disusun secara parallel dan menggunakan pemisah uap; dimana fluida yang dipanasi berupa fluida eter (petroleum eter). 2. Pada penelitian ini, pemanfaatan panas dari surya di dekati dengan

menggunakan kompor pemanas sebagai sumber panas, yang selanjutnya digunakan untuk memanasi pipa-pipa yang dialiri fluida kerja. Kompor pemanas yang digunakan memiliki daya 1800 watt. Daya kompor pemanas ini

disebut juga daya pemanas (input). Daya pemanas (input) ini digunakan dalam perhitungan mencari efisiensi termal pompa.

3. Pada penelitian ini, daya pemanas (output) yaitu daya yang dihasilkan dari proses pemanasan dan digunakan dalam proses pemompaan, didekati dengan menghitung perpindahan panas yang terjadi pada pipa pemanas yang dialiri fluida kerja secara konveksi dan dipanasi dalam wadah berisi minyak sebagai penghantar panas dari kompor pemanas.

4. Berat jenis eter pada kondisi cair 0,6 gr/cm³. Berat jenis eter digunakan dalam perhitungan untuk mencari massa eter. Massa eter digunakan untuk perhitungan daya pemanas.

5. Kalor laten penguapan petroleum eter 390 kJ/kg. Kalor laten penguapan eter digunakan dalam perhitungan daya pemanas.

6. Tekanan udara tergantung pada ketinggian suatu tempat dari permukaan laut. Dalam penelitian yang dilakukan tekanan udara sekitar dibutuhkan untuk perhitungan kompresi udara. Tekanan udara sekitar diasumsikan 1 bar.

7. Debit aliran fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas pada saat pemanasan sebesar 4,3 liter/menit. Debit akan divariasikan dengan variasi jumlah massa fluida kerja mula-mula, variasi jumlah tabung udara tekan, dan variasi head pemompaan.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Dasar Teori

Pompa air termal dapat memakai energi surya sebagai sumber panas. Pemanfaatan energi surya untuk menghasilkan energi mekanik penggerak pompa air dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu metode termodinamik dan metode konversi langsung. Pada metode termodinamik, energi termal surya dikumpulkan dengan menggunakan kolektor termal baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal ini berfungsi untuk menaikkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung (dengan fluida kerja kedua) untuk menghasikan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan pompa air, baik dengan menggunakan pompa air konvesional (dengan siklus rankine, brayton atau stirling) maupun pompa air dengan desain khusus. Pompa air dengan desain khusus dapat dikelompokkan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi langsung energi surya dikonversikan menjadi energi listrik (dengan photovoltaic), thrmolektrik atau thermionik), energi listrik yang dihasilkan digunakan motor listrik untuk menggerakkan pompa air.

Pompa air energi termal pada umumnya memiliki beberapa komponen utama yaitu penggerak pompa air, kondensor, dan pompa air. Pompa air yang digunakan adalah jenis pompa benam. Pada prinsipnya pompa benam terletak di

bawah permukaan air. Kondensor digunakan untuk mengefektifkan pendinginan, agar pengembunan berjalan dengan baik. Pendinginan dilakukan dengan menggunakan fluida air. Pada penelitian ini kondensor yang digunakan berbentuk spiral (melingkar seperti pegas) yang terbuat dari stainlees steel. Dalam penggerak pompa air terdapat penampung fluida kerja cair dan pemanas fluida kerja. Pemanas fluida kerja memanfaatkan panas dari uap air panas. Pemanasan fluida kerja dapat dilakukan dengan memanfaatkan sumber panas yang lain seperti energi surya termal atau penggunaan minyak panas. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah fluida eter (petroleum eter).

Prinsip kerja pompa air ini adalah memanfaatkan panas yang didapat dari panas uap air. Pada saat bagian pemanas fluida kerja telah terpanasi, katup penampung fluida kerja cair dibuka. Fluida kerja masuk ke bagian pemanas dan terpanasi kemudian menguap. Uap yang terbentuk mendorong air di tabung tekan air yang terhubung ke tabung udara tekan. Terjadi proses kompresi di tabung udara tekan selama uap fluida kerja terus terbentuk. Air dari pompa benam akan terpompa selama ada kenaikan tekanan di tabung udara tekan. Pada saat fluida kerja yang dipanasi telah habis, tekanan udara di tabung tekan turun. Katup penampung fluida kerja cair ditutup agar fluida cair yang terbentuk tidak langsung masuk ke bagian pemanas. Kondensor didinginkan dengan fluida pendingin air sehingga uap fluida kerja mengembun. Pengembunan fluida kerja menyebabkan tekanan di bagian penggerak pompa turun sehingga air dari tabung udara tekan masuk ke tabung tekan air. Air di tabung udara tekan akan kembali ke posisi awal saat volume fluida kerja cair di penampung fluida kerja sama dengan kondisi awal. Penurunan tekanan pada

tabung udara tekan menyebabkan air masuk ke pompa benam. Siklus dapat dilakukan kembali selama ada sumber panas yang cukup untuk menguapkan fluida kerja. Setiap satu langkah penguapan fluida kerja dan satu langkah pengembunan fluida kerja disebut sebagai satu siklus pemompaan. Langkah penguapan fluida kerja disebut juga langkah tekan pompa. Langkah pengembunan fluida kerja disebut juga langkah hisap. Pompa benam dilengkapi dengan dua katup searah. Katup searah terletak di sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah untuk mengatur agar pada saat langkah tekan, air mengalir hanya melewati sisi tekan dan pada saat langkah hisap, air yang terhisap hanya dari sisi hisap.

2.2Persamaan yang Digunakan

Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal maka diperlukan persamaan yang dapat membantu untuk menganalisa dan mengetahui unjuk kerja system. Unjuk kerja poma air energi termal dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa. Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas tiap satuan waktu.

Daya pemompaan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

H

Q

g

ρ

P

_pompa









(1) dengan ρ adalah massa jenis air, g adalah percepatan gravitasi, Q adalah debit pemompaan, H adalah head pemompaan.

Dalam perhitungan daya pemanas dilakukan menggunakan pendekatan perpindahan kalor yang terjadi pada kompor pemanas menuju pipapipa pemanas yang dialiri fluida kerja cair. Diasumsikan bahwa perpindahan kalor yang terjadi yaitu secara konveksi, dari minyak pemanas menuju permukaan luar pipa pemanas.Sedangkan perpindahan kalor secara konduksi diabaikan, karena kecil pengaruhnya terhadap daya pemanas. Dalam perhitungan daya pemanas perlu terlebih dahulu menentukan koefisien rata-rata perpindahan panas pada permukaan pipa (h), melalui penentuan sifat-sifat fluida dan perhitungan nilai bilangan Rayleigh (Ra) dan bilangan Nusselt (Nu). Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai bilangan Rayleigh pada perpidahan kalor secara konveksi adalah sebagai berikut :





_Pr

Ra ₂ 3         

 Τσ Τ

g

(2)

Dengan g adalah kecepatan gravitasi, β adalah koefisien volume exspansi, TS adalah

temperature permukaan pipa, T∞ adalah temperature fluida, Pr adalah bilangan prandtl, v adalah viskositas kinematic.

Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai bilangan Nusselt pada perpindahan kalor secara konveksi di luar pipa atau permukaan pipa yang tercelup fluida adalah sebagai berikut :









2 27 8 16 9 6 1 Pr 559 , 0 1 Ra 387 , 0 6 , 0 Nu               (3)

Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai koefisien rata-rata perpindahan panas pada permukaan pipa (h) adalah sebagai berikut :

 Νu



h (4)

Dengan

κ

adalahn konduktivitas termal, δ adalah diameter pipa.

Daya pemanas merupakan energi yang diperlukan untuk menguapkan fluida kerja tiap satuan waktu (Arismunandar, 1995). Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

Ρpemanas hΑΔΤ (5)

dengan h adalah koefisien rata-rata perpindahan panas pada permukaan pipa, A

adalah luas permukaan, ΔT adalah selisih temperatur.

Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemnanas (Arismunandar, 1995). Efisiensi pompa dapat duhitung dengan persamaan sebagai berikut :

% 100 pemanas Daya

pompa Daya

 

pompa

 (6)

Kompresi udara tekan merpakan besarnya tekanan yang terjadi akibat perubahan volume udara pada massa udara tetap dalam tabung udara tekan (Cengel, 2008). Kompresi udara tekan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

2 1 1 2

V V Ρ

Ρ _  ₍₇₎

dengann P₁ adalah tekanan udara awal, P₂ adalah kompresi udara tekan V₁ adalah Volume udara awal, V₂ adalah volume udara akhir.

Efisiensi termal merupakan perbandingan antara daya pemanas output dengan daya pemanas input. Efisiensi thermal dapat duhitung dengan persamaan sebagai berikut :

100%

input pemanas Daya

output pemanas

Daya

 

termal

 (8)

dengan daya pemanas output adalah energi yang diperlukan untuk menguapkan fluida kerja tiap satuan waktu, daya pemanas input adalah energi yang

2.3 Penelitian Terdahulu

Penelitian pompa air energi surya termal menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja dipengaruhi oleh debit dan temperatur air pendingin yang masuk ke kondensor (Sumathy et. al., 1995).

Prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus rankine diuji

dengan menggunakan fluida kerja Refrijeran 113 untuk mengetahui unjuk kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan menggunakan kolektor pelat datar seluas 1 m², pada variasi head 6, 8, dan 10 m menunjukkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal dengan menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl eter menunjukkan

bahwa efisiensi pompa dengan fluida kerja ethyl eter lebih tinggi 17% dibanding n-pentane pada head 6 m (Wong, 2000).

Analisa termodinamika untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketinggian head menunjukkan bahwa jumlah siklus tiap satu hari tergantung waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pendinginan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Penelitian pompa air energi surya dengan menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m² dengan fluida kerja ethyl ether menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari tergantung ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42% (Wong, 2001b). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan metode matematis menunjukkan unjuk kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus yang terjadi. Naiknya temperatur maksimum pemanasan meningkatkan daya pemompaan, sementara penurunan efisiensi disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov, 2005).

14

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

2.1Skema Alat

Pada penelitian ini pompa air energi termal memanfaatkan panas uap air dimana panas inilah yang menjadi sumber panas. Fluida yang digunakan dalam penelitian ini adalah eter (petroleum eter). Skema alat yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian ditunjukkan oleh gambar 3.1 dan foto alat penelitian ditunjukkan pada lampiran gambar L1.

Bagian- bagian utama alat pada gambar 3.1 :

1. Pemanas yang terbuat dari pipa tembaga diameter ½ inci yang tersusun horisontal dengan kemiringan tertentu, panjang 60 cm dan lebar 25 cm. Foto pemanas ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.2.

2. Tabung pemisah uap dan cairan yang terbuat dari stainles steel dengan ukuran tinggi 25 cm dan diameter 5 cm. Foto tabung pemisah uap ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.3.

3. Kondensor yang terbuat dari pipa stainles steel yang dibentuk spiral dengan ukuran panjang keseluruhan 7 cm dan diameter ¾ inci. Foto kondensor ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.4.

4. Tabung penampung eter yang terbuat dari stailees steel dengan ukuran tinggi 20 cm dan diameter 15 cm. Foto tabung penampung eter ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.5.

5. Tabung air tekan yang terbuat dari stainlees steel dengan ukuran tinggi 100 cm dan diameter 40 cm. Foto tabung air tekan ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.6.

6. Tabung udara tekan yang terbuat dari pipa PVC dengan ukuran tinggi 2 m dan diameter 4 inci. Foto tabung udara tekan ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.7.

7. Sumur yang berfungsi untuk penyuplai air terbuat dari pipa PVC dengan ukuran tinggi 1 m dan diameter 4 inci.

8. Pompa benam yang terbuat dari pipa PVC dengan ukuran tinggi 2 m dan diameter 4 inci.

9. Kran.

10.Katub searah pada sisi hisap. 11.Katub searah pada sisi tekan.

12.Manometer tekanan, Foto manometer tekanan ditunjukkan pada bagian lampiran gambar L.8.

Pada penelitian ini digunakan tabung pemisah uap yang bertujuan untuk memisahkan uap fluida kerja dengan fluida kerja cair yang terbawa bersama aliran uap fluida kerja dengan skema sesuai dengan gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema pemisah uap Uap fluida kerja yang menuju kondensor.

Campuran uap fluida kerja dan fluida kerja cair dari pemanas.

Fluida kerja cair yang sudah terpisah dengan uap fluida kerja , yang akan mengalir kembali ke pemanas.

Proses kerja alat penelitian dimualai dengan memanasi pemanas dengan menggunakan panas uap minyak panas, posisi pemanas terendam oleh minyak. Katub penghubung kondensor dan tabung air tekan dalam kondisi terbuka. Katup penghubung penampung fluida kerja cair dan pemanas dibuka. Fluida kerja akan memasuki pemanas dan terpanasi. Fluida kerja yang terpanasi akan menguap dan uap fluida kerja akan mengalir ke pemisah uap. Uap fluida kerja yang menguap dan mengalir ke pemisah uap tidak murni hanya uap saja tetapi ada fluida kerja cair yang ikut terbawa aliran uap fluida kerja. Dalam pemisah uap, fluida kerja cair terpisah dari uap fluida kerja. Fluida kerja cair kembali ke pemanas sedangkan uap fluida kerja mengalir ke kondensor kemudian menuju tabung tabung air tekan. Air dalam tabung air tekan terdorong oleh uap fluida kerja sehingga air keluar dari tabung air tekan menuju ke tabung udara tekan dan menyebabkan tinggi air di tabung udara tekan naik. Naiknya ketinggian air di tabung udara tekan menyebabkan udara terkompresi. Udara yang terkompresi mendorong air di pompa benam menyebabkan katup sisi tekan terbuka dan katup sisi hisap tertutup sehingga air di pompa benam keluar melewati pipa buang. Pada saat fluida kerja cair yang dipanasi sudah habis maka tidak ada lagi uap fluida kerja. Katup penghubung pemanas dan penampung fluida cair ditutup. Proses pendinginan dilakukan dengan menyiram kondensor dengan air. Uap fluida kerja yang ada dalam kondensor akan mengembun. Pengembunan uap fluida kerja menyebabkan air dalam tabung air tekan naik dan air di tabung udara tekan turun. Penurunan air di tabung udara tekan menyebabkan udara tidak lagi terkompresi. Penurunan tekanan di tabung udara tekan menyebabkan penurunan tekanan di pompa benam. Penurunan tekanan di

pompa benam menyebabkan kevakuman sehingga katup sisi tekan tertutup dan katup sisi hisap terbuka. Terbukanya katup sisi hisap menyebabkan air masuk ke pompa benam. Pada saat volume fluida cair sudah kembali ke posisi yang diinginkan, siklus bisa dimulai lagi dari awal.

2.2 Variabel yang divariasikan

Variasi yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :

1. Digunakan debit aliran fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas pada saat pemanasan sebesar 4,3 liter/menit. Kondisi ini ditunjukkan oleh Gambar 3.3. 2. Pengkondisian jumlah massa fluida kerja cair mula-mula pada pemanas dan

kondensor divariasikan sebanyak 3 variasi yaitu kondisi awal pemanas terisi udara dengan tekanan 1 atm dan kondensor terisi penuh oleh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida kerja cair 1,26 liter, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh oleh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida kerja cair 2,51 liter, dan kondisi awal pemanas dan kondensor terisi oleh udara dengan tekanan 1 atm. Kondisi ini ditunjukkan oleh Gambar 3.4.

3. Variasi head pemompaan divariasikan sebanyak 2 variasi ketinggian yaitu 2,35 m dan 1,35 m. Kondisi ini ditunjukkan oleh Gambar 3.5.

4. Variasi jumlah tabung udara tekan divariasikan sebanyak 2 variasi yaitu dengan menggunakan 2 tabung udara tekan dengan volume udara tekan 12 liter dan 1 tabung udara tekan dengan volume udara tekan 5,9 liter. Kondisi ini ditunjukkan oleh Gambar 3.6.

Gambar 3.3 debit aliran fluida kerja cair

Debit aliran fluida kerja cair dilakukan dengan mengatur pembukaan besar- kecilnya kran atau katub pada tabung penampung air. Awalnya untuk mengetahuinya digunakan gelas ukur untuk menghitung berapa debit yang mengalir per satuan waktu. Pada saat proses kerja alat berlangsung debit aliran fluida kerja cair dilakukan pada saat posisi fluida kerja cair di kondensor dan pemanas habis dan temperatur pada pipa masuk dan keluar fluida kerja cair ke pemanas (T3 dan

T4) pada posisi temperatur 60º C, pada saat inilah katub penghubung antara tabung

penampung fluida kerja cair dan pipa masuk fluida kerja cair ke pemanas dibuka sesuai dengan debit aliran yang telah diukur dan yang akan divariasikan.

Gambar 3.4 Variasi volume fluida kerja cair mula-mula

Detil (a) adalah kondisi awal pemanas dan kondensor terisi udara dengan tekanan 1 atm. Detil (b) adalah pemanas terisi udara dengan tekanan 1 atm dan kondensor terisi penuh dengan fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida 1,26 liter. Detil (c) adalah pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida kerja cair 2,51 liter.

Variasi head pemompaan dilakukan dengan mengatur ketinggian pipa buang dari permukaan air sumur, dengan variasi ketinggian 2,35 m dan 1,35 m.

Variasi jumlah tabung udara dilakukan dengan mengatur kran atau katub penghubung pada tabung udatra tekan pada bagian atas dan bawah. Jika yang akan divariasikan hanya satu tabung maka katub penghubung salah satu tabung udara tekan ditutup.

3.3Variabel yang diukur

Variabel yang diukur dalam penelitian ini sebagai berikut : 1. Temperatur minyak pemanas pada bagian bawah (T1).

2. Temperatur minyak pemanas pada bagian atas (T2).

3. Temperatur fluida kerja cair yang masuk ke pemanas (T3).

4. Temperatur uap fluida kerja yang keluar dari pemanas (T4).

5. Tekanan fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas (P1).

6. Tekanan pada bagian tabung air tekan (P2).

7. Tekanan pada bagian tabung udara tekan (P3).

8. Kenaikan air pada tabung udara tekan (h). 9. Volume pemompaan (V).

10.Waktu pemompaan (t ).

11.Waktu pemanasan (t ).

12.Waktu pendinginan (t ).

Pengukuran temperatur menggunakan termokopel dan untuk pengukuran waktu menggunakan stopwatch. Pengukuran volume menggunakan gelas ukur dan pengukuran tekanan menggunakan manometer. Foto manometer ditunjukkan pada

bagian lampiran gambar L.8 dan foto termologger pada bagian lampiran gambar L.9.

3.4Langkah penelitian

Penelitian dilakukan dengan prosedur yang sama pada tiap variasinya sehingga dapat diperoleh hasil yang dapat dibandingkan antar variasi. Berikut adalah langkah-langkah dilakukan untuk pengambilan data penelitian :

1. Penelitian diawali dengan pembuatan dan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1.

2. Pengambilan data dilakukan dengan mevariasikan debit aliran fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas.

3. Pada debit aliran fluida kerja cair dilakukan variasi jumlah fluida kerja mula-mula atau pengkondisian awal pada kondensor dan pemanas.

4. Dilakukan juga variasi head pemompaan dan variasi jumlah tabung udara tekan. 5. Data yang dicatat adalah temperatur minyak pemanas pada bagian bawah (T1),

temperatur minyak pada bagian atas (T2), temperatur fluida kerja cair yang

masuk ke pemanas (T3), temperatur uap fluida kerja yang keluar dari pemanas

(T4), tekanan fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas (P1), tekanan pada

bagian tabung air tekan (P2), tekanan pada bagian tabung udara tekan (P3),

kenaikan air pada tabung udara tekan (h), waktu pemompaan (t ), waktu

pemanasan (t ), waktu pendinginan (t ).

6. Langkah 3 dan 4 diulangi dengan variasi debit aliran fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas dengan memperkecil debit aliran fluida kerja cair yang mengalir ke pemanas.

7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan persamaan (1) sampai persamaan (7).

25

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berikut adalah data hasil penelitian yang didapat dengan memvariasikan volume fluida kerja mula-mula, debit aliran fluida kerja, head pemompaan, dan jumlah tabung udara tekan yang digunakan. Adapun penjelasan mengenai penamaan kolom dan baris adalah sebagai berikut :

Baris

Awal : Kondisi dimana proses pendinginan selesai dan fluida kerja belum masuk ke pemanas. Dapat juga dikatakan awal siklus tekan atau akhir siklus hisap. Akhir : Kondisi dimana proses pemompaan selesai. Ditandai dengan turunnya ketinggian air di tabung udara tekan. Dapat dikatakan sebagai sebagai akhir siklus tekan.

ΔVsumur : Jumlah volume yang masuk atau dihisap oleh pompa benam dari sumur

saat terjadinya proses pengembunan, ditandai dengan turunnya air di tabung air pada sumur. Atau bisa disebut juga jumlah volume air yang dipompa keluar oleh pompa pada saat proses pemompaan.

Kolom

T1 : Temperatur minyak pemanas pada bagian bawah.

T2 : Temperatur minyak pemanas pada bagian atas.

T3 : Temperatur fluida kerja cair yang masuk ke pemanas.

T4 : Temperatur uap fluida kerja yang keluar dari pemanas.

Vudara : Volume udara pad tabung udara tekan.

P1 : Tekanan fluida kerja cair padayang mengalir ke pemanas.

P2 : Tekanan pada bagian tabung air tekan.

P3 : Tekanan pada bagian tabung udara tekan.

tpanas : Lama waktu pemanasan fluida kerja cair. Dimulai dari awal siklus tekan

hingga akhir siklus tekan.

tpompa : Lama waktu pemompaan. Diukur ketika air mulai keluar dari ujung

tertinggi pipa buang hingga air berhenti mengalir.

tdingin : Lama waktu pendinginan. Dimulai dari akhir siklus tekan hingga volume

fluida cair kembali ke volume awal.

Vsumur : Volume air pada sumur dengan dua tabung

Tabel 4.1 Data penelitian pada variasi jumlah tabung udara mengunakan dua tabung udara tekan dan satu tabung udara tekan

2 Tabung Udara Tekan , volume udara tekan sebesar 12 liter

Kondisi T1

(°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara

(liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin

(detik)

V sumur

(liter)

Awal 26 28 26 26 12 0,11 0,1 0

7200 62 5400 16,2

Akhir 113 115 59 80 7,8 0,55 0.5 0,4 14,9

ΔV Sumur 0,8

1 Tabung Udara Tekan, volume udara tekan 5,9 liter

Kondisi T1

(°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara

(liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin (detik)

V sumur

(liter)

Awal 25 27 26 26 5,9 0,12 0,08 0

7200 270 5400 16,2

Akhir 107 115 61 66 2,8 0,55 0,5 0,4 15,2

Catatan * Debit aliran fluida kerja 4,3 liter / menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51liter, head pemompaan 2,35 m.

Tabel 4.2 Data penelitian pada variasi jumlah massa fluida mula – mula pada pemanas dan kondensor

Catatan * debit aliran fluida kerja 4,3 liter /menit , satu tabung udara tekan , volume udara tekan 5,9 liter, dan head pemompaan 2,35 m.

Tabel 4.3 Data penelitian pada variasi head pemompaan 2,35 m dan 1,35 m.

Catatan * debit aliran fluida kerja 4,3 liter / menit , kondisi awal pemanas terisi udara dengan tekanan 1 atm dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair

Pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair, jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter Kondisi T1

(°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara (liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin

(detik)

V sumur

(liter)

Awal 25 27 26 26 5,9 0,12 0,08 0

7200 270 5400 16,2

Akhir 107 115 61 66 2,8 0,5 0,5 0,4 15,2

ΔV Sumur 1

Pemanas terisi udara dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair jumlah massa fluida mula-mula 1,26 liter

Kondisi T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara (liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin

(detik)

V sumur

(liter)

Awal 25 25 25 25 6 0,12 0,07 0

7200 380 5400 16,2

Akhir 114 114 59 84 2,8 0,58 0,5 0,4 15,1

ΔV Sumur 1,1

head pemompaan 2,35 m

Kondisi T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara (liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin

(detik)

V sumur

(liter)

Awal 25 25 25 25 6 0,12 0,07 0

7200 380 5400 16,2

Akhir 114 114 59 84 2,8 0,58 0.5 0,4 15,1

ΔV Sumur 1,1

head pemompaan 1,35 m

Kondisi T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) Vudara (liter) P1 (bar) P2 (bar) P3 (bar)

t panas

(detik)

t pompa

(detik)

t dingin

(detik)

V sumur

(liter)

Awal 40 43 27 37 6 0,1 0,08 0

7200 1541 5400 16,2

Akhir 108 109 60 83 0,9 0,5 0,4 0,3 12,7

dengan jumlah massa fluida mula-mula 1,26liter, satu tabung udara tekan volume udara tekan 5,9 liter.

Dari data yang telah didapat, maka dapat dilakukan perhitungan untuk mengaetahui unjuk kerja pompa air energi termal sesuai dengan variasi yang telah dilakukan. Berikut adalah perhitungan dengan menggunakan data pertama pada variasi debit aliran fluida kerja 4,3 liter/menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, dua tabung udara tekan, volume udara tekan 12 liter, dan head pemompaan 3,65 m (Tabel 4.1).

Perhitungan yang pertama kali dilakukan adalah menghitung daya pompa. Persamaan yang digunakan adalah persamaan (1). Variabel yang diketahui adalah: Head = 3,65 m

Vsumur/air = 0,8 liter

ρ

air = 1000 kg/m³

t

pompa = 62 detik

g = 9,81 m/det²

Perhitungan daya pemompaan adalah

Η Q g ρ

P_pompa    

pompa

P = 1000 kg/m³. 9,81 m/det² . , . ¯³ m³/det . 3,65 m

pompa

Perhitungan daya pemanas dilakukan setelah menentukan sifat-sifat fluida yang digunakan dalam pehitungan mencari nilai bilangan Rayleigh (Ra), Nusselt (Nu) dan koefisien perpindahan kalor (h). Persamaan yang digunakan adalah persamaan (2) untuk mencari nilai Ra, persamaan (3) untuk mencari nilai Nu pada konveksi luar pipa pemanas atau permukaan pipa, persamaan (4) untuk mencari nilai koefisien rata-rata perpindahan kalor konveksi (h). Dengan variabel yang diketahui adalah :

1

T = 113 °C

2

T = 115 °C

Ts (temperatur permukaan pipa) = 59 °C

 (diameter pipa) = 0.5 in = 0,013 m L pipa = 0,6 m

Untuk menghitung koefisien volume ekspansi ( ) maka perlu menghitung dahulu temperatur permukaan pipa (Ts) dan temperatur film (Τ_f ), dilakukan menggunakan persamaan sebagai berikut :

C C

C T

T

Τs       114

2 115 113 2 2 1 C 102,09 2 19 , 90 114

2  

    s P f

T T T

027 , 0 09 , 102 1 1     C Τf 

Dengan variabel yang sudah diketahui, sehingga dapat menentukan sifat – sifat fluida perpindahan kalor konveksi di luar pipa atau permukaan pipa menggunakan tabel sifat fluida (Cengel, 2008) ditunjukkan pada bagian lampiran tabel L.1 dan tabel L.2, maka sifat-sifat fluida yang didapat adalah adalah sebagai berikut :

V = 3,48 x 10-06 m2/s

Pr = 52,27

κ

= 0,13 W/m.o_C

Perhitungan nilai Rayleigh (Ra) dilakukan dengan menggunakan persamaan (2) sebagai berikut :





_Pr

Ra ₂ 3      

 g  Τs_ Τ 





_52,27

/s m 10 3,48 m 013 , 0 59 114 027 , 0 81 , 9

Ra _{-6 2}

3     

 

 C C

Perhitungan nilai Nusselt (Nu) dilakukan dengan menggunakan persamaan (3) sebagai berikut :









2 27 8 16 9 6 1 Pr 559 , 0 1 Ra 387 , 0 6 , 0 Νu              









2 27 8 16 9 6 1 27 , 52 / 559 , 0 1 5510321,99 0,387 0,6 Nu            

Νu = 31,699

Perhitungan koefisien rata-rata perpindahan panas secara konveksi (h) dilakukan dengan menggunakan persamaan (4) sebagai berikut :

 _Νu

 h m 0,013 31,99 C W/m.

0,13  



h

h = 323,17 W/m². °C

Perhitungan daya pemanas dilakukan dengan menggunakan persamaan (5). Variabel yang diketahui adalah sebagai berikut :

h permukaan pipa = 323,17 W/m². °C A permukaan pipa = 0,19 m²

T minyak = 114 °C T permukaan pipa = 90,19 ºC

Perhitungan daya pemanas adalah :

ΔΤ Α h Ρpemanas   

pemanas

Ρ = 323,17 W/m². °C . 0,19 m² . ( 114 °C – 90,19 ºC )

pemanas

Ρ = 1472,63 W

Perhitungan efisiensi pompa dilakukan dengan menggunakan persamaan (6) sebagai berikut :

% 100 pemanas Daya pompa Daya   pompa  % 100 watt 1472,63 watt 0,46   pompa  pompa

 = 0,031 %

Perhitungan kompresi udara dalam tabung udara tekan dilakukan dengan menggunakan persamaan (7) sebagai berikut :

2 1 1 2 V V Ρ Ρ _ 

liter 7,8 liter 12 bar 1 2   Ρ 2

Ρ = 1,54 bar

Perhitungan efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan persamaan (8) sebagai berikut :

100% input pemanas Daya output pemanas Daya   termal  100% watt 1800 watt 1472,63   termal 

termal

 = 81,81 %

Dengan cara yang sama seluruh data penelitian tiap variasi dihitung dengan persamaan (1) sampai persamaan (8). Berikut adalah hasil perhitungan dari seluruh data penelitian yang disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel 4.4 Data perhitungan pada variasi jumlah tabung udara mengunakan dua tabung udara tekan dan satu tabung udara tekan

Catatan * Debit aliran fluida kerja 4,3 liter /menit , kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, head pemompaan 2,35 m.

Tabel 4.5 Data perhitungan pada variasi jumlah massa fluida mula – mula pada pemanas dan kondensor

Catatan * debit aliran fluida kerja 4,3 liter / menit , satu tabung udara tekan , volume udara tekan 5,9 liter, dan head pemompaan 2,35 m.

Variasi t Panas

(detik)

tPompa

(detik)

V air

(liter) P2

(bar)

Debit (liter/menit)

Daya Pompa (watt) Daya Pemanas (watt) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) 2 Tabung udara

tekan 7200 62 0,8 1,54 0,77 0,46 1472,63 0,031 81,81

1 Tabung udara

tekan 7200 279 1 1,54 0,22 0,13 1575,25 0,008 87,51

Variasi t Panas

(detik)

tPompa

(detik)

V air

(liter) P2 (bar) Debit (liter/menit) Daya Pompa (watt) Daya Pemanas (watt) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) Pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair

7200 279 1 1,54 0,22 0,13 1575,25 0,008 87,51

Pemanas terisi udara dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair

Tabel 4.6 Data perhitungan pada variasi ketinggian head pemompaan 2,35 m dan 1,35 m.

Catatan * debit aliran fluida kerja 4,3 liter / menit , kondisi awal pemanas terisi udara dengan tekanan 1 atm dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 1,26 liter, satu tabung udara tekan volume udara tekan 5,9 liter.

Pembahasan disini dilakukan dengan melakukan perbandingan data-data yang sudah diperoleh dari penelitan dan perhitungan yang sudah dilakukan. Perbandingan data dilakukan dengan membandingkan antar variasi yaitu variasi jumlah tabung udara tekan, volume fluida kerja cair mula-mula, dan variasi ketinggian head pemompaan untuk mengaetahui debit, daya, efisiensi yang terbaik diantara variasi-variasi yang dilakukan.

Pembahasan untuk variasi jumlah tabung udara tekan antara 2 tabung udara tekan dengan volume udara tekan 12liter dan 1 tabung udara tekan dengan volume 5,9 liter, dan keduanya sama-sama pada kondisi debit aliran fluida kerja 4,3 liter/menit, volume fluida kerja cair mula-mula 2,51 liter, dan ketinggian head pemompaan 2,35 m.

Variasi t Panas

(detik)

tPompa

(detik)

V air

(liter) P2 (bar)

Debit (liter/menit)

Daya Pompa

(watt)

Daya Pemanas

(watt)

Efisiensi Pompa

(%)

Efisiensi Termal

(%)

Tinggi head 2,35 m 7200 380 1,1 1,54 0,17 0,10 1393,40 0,0074 77,41

Tinggi head 1,35 m 7200 1541 3,5 1,54 0,14 0,08 1157,44 0,0070 64,30

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi jumlah tabung udara tekan.

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya popa pompa pada variasi jumlah tabung udara tekan 0,77 0,22 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

2 Tabung 1 Tabung

D e b it a ir ( li te r/ m e n it ) Jumlah tabung 0,46 0,13 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

2 Tabung 1 Tabung

D a y a P o m p a ( w a tt ) Jumlah tabung

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi jumlah tabung udara tekan

Pada grafik variasi jumlah tabung udara tekan terlihat bahwa pemompaan menggunakan dua tabung udara tekan diperoleh debit, daya, dan efisiensi pemompaan yang lebih baik daripada menggunakan satu tabung udara tekan, yaitu dengan debit sebesar 0,77 liter /menit, daya pemompaan sebesar 0,46 watt, efisiensi pompa sebesar 0,031 %. Pada pemompaan menggunakan dua tabung udara tekan, beban yang dikompresikan besar karena volume udara yang dikompresikan dua kalinya volume udara pada satu tabung udara tekan, sehingga uap yang dibutuhkan untuk megkompresikan udara pada tabung udara tekan juga besar. Maka uap dari hasil penguapan fluida kerja cair akan terus berkumpul semakin banyak hingga mampu mendorong air dan mengkompresikan udara pada tabung udara tekan. Saat pengkompresian dan pompa melakukan pemompaan karena tenaga dari uap yang dihasilkan besar maka debit yang dihasilkan untuk satu kali pemompaan pada

0,031

0,008

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035

2 Tabung udara 1 Tabung udara

e

fi

s

ie

n

s

i

(%

)

pompa yang menggunakan dua tabung udara tekan sebesar dua kalinya debit yang dihasilkan oleh pemompaan yang menggunakan satu tabung udara tekan. Karena semakin besar tenaga yang dihasilkan semakin besar juga daya yang diperlukan karena daya dipengaruhi oleh debit air pemompaan, semakin besar debit air yang dipompa maka semakin besar juga daya yang dibutuhkan untuk pemompaan.

Pemompaan dengan menggunakan satu tabung udara tekan memang tenaga uap yang dibutuhkan lebih kecil untuk mendorong air untuk mengkompresikan udara pada tabung udara tekan karena beban yang dikompresikan kecil, tetapi saat pemompaan tidak efektif karena waktu yang dibutuhkan untuk menguapkan fluida kerja cair cukup lama karena menggunakan debit aliran fluida kerja cair yang besar. Setelah memompa pada pemompaan menggunakan satu tabung udara tekan akan menunggu hingga uap berkumpul lagi dan melakukan pemompaan lagi tetapi selang waktu untuk menunggu uap berkumpul lagi cukup lama, oleh karena itu pemompaan menggunakan satu tabung udara tekan tidak efektif.

Pembahasan untuk variasi jumlah massa fluida kerja cair mula-mula pada pemanas dan kondensor antara kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter dan kondisi awal pemanas terisi udara dengan tekanan 1 atm dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 1,26 liter, dan keduanya sama-sama pada kondisi debit aliran fluida kerja 4,3 liter/menit, menggunakan satu tabung udara tekan, volume udara tekan 5,9 liter, ketinggian head pemompaan 2,35 m.

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula.

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula.

0,22 0,17 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

kondisi aw al pemanas dan kondensor terisi penuh

fluida kerja_1 Tabung

kondisi aw al pemanas terisi udara dan kondensor terisi

penuh fluida kerja_1 Tabung D e b it a ir ( li te r/ m e n it )

volume fluida kerja cair mula-mula

0,13 0,10 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

kondisi aw al pemanas dan kondensor terisi penuh

fluida kerja_1 Tabung

kondisi aw al pemanas terisi udara dan kondensor

terisi penuh fluida kerja_1 Tabung D a y a P o m p a ( w a tt )

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula.

Pada grafik variasi volume fluida kerja mula-mula terlihat bahwa pada kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh oleh fluida kerja cair diperoleh debit, daya dan efisiensi pemompaan yang lebih baik daripada saat kondisi hanya kondensor saja yang terisi oleh fluida kerja cair dan pemanas terisi udara. Hasil yang paling baik yaitu dengan debit pemompaan sebesar 0,22 liter/menit, daya pemompaan sebesar 0,13 watt, dan efisiensi pompa sebesar 0,008 %. Volume fluida kerja cair yang semakin besar dengan pemanasan yang optimal maka akan menghasilkan uap yang semakin besar juga untuk mendorong air yang akan mengkompresi udara pada tabung udara tekan, sehingga debit yang dihasilkan juga lebih besar dan daya pemompaan juga lebih besar. Pada volume fluida kerja cair yang sedikit akan menghasilkan uap yang sedikit juga sehingga akan diperlukan waktu yang lama untuk mengumpulkan uap yang mampu mendorong air untuk

0,008

0,007

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009

Pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja

cair

Pemanas terisi udara dan kondensor terisi penuh

fluida kerja cair

e

fi

s

ie

n

s

i

(%

)

mengkompresikan udara pada tabung udara tekan makan debit pemompaan yang dihasilkan dan daya pemompaannya jelek.

Di sini udara juga sangat berpengaruh dalam proses pemompaan. Udara mengganggu sirkulasi atau jalannya uap ke tabung udara tekan ,sehingga uap belum sampai ditujuannya sudah mengembun karena terhambat oleh udara. Di sini udara menambah beban uap dalam melakukan proses penekanan. Proses pemanasan sangat berpengaruh, pemanasan fluida kerja cair yang jelek atau tidak optimal akan memperlambat proses penguapan fluida kerja cair. Volume fluida kerja cair semakin besar menggunakan pemanasan yang jelek atau tdak optimal menyebabkan debit yang dihasilkan kecil dengan waktu pemanasan yang lama sehingga efisiensi yang dihasilkan juga kecil.

Pembahasan untuk variasi ketinggian head pemompaan antara ketinggian head pada 2,35 m dari permukaan air sumur dan ketinggian head pada 1,35 m dari permukaan air sumur, dan keduanya sama-sama pada kondisi debit aliran fluida kerja 4,284 liter/menit, menggunakan satu tabung udara tekan, volume udara tekan 5,9 liter, volume fluida kerja cair mula-mula 1,26 liter.

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit air pemompaan pada variasi ketinggian head pemompaan

0,17

0,14

0,00 0,10 0,20

Tinggi head 2,35 m Tinngi head 1,35 m

D

e

b

it

a

ir

(

li

te

r/

m

e

n

it

)

Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi ketinggian head pemompaan.

Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi ketinggian head pemompaan.

Pada grafik variasi ketinggian head pemompaan terlihat bahwa pemompaan menggunakan ketinggian head pompa 2,35 m diperoleh debit, daya, dan efisiensi pemompaan yang lebih baik dari pemompaan yang menggunakan ketinggian head pompa 1,35 m. Hasil yang paling baik yaitu dengan debit pemompaan sebesar 0,17 liter/menit, daya pemompaan sebesar 0,1 watt, dan efisiensi pompa sebesar

0,10 0,06 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

Tinggi head 2,35 m Tinngi head 1,35 m

D a y a P o m p a ( w a tt ) head pemompaan 0,0074 0,0070 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0060 0,0070 0,0080

Tinggi head 2,35 m Tinggi head 1,35 m

e fi s ie n s i (% ) head pemompaan

0,0074%. Semakin tinggi head semakin besar juga beban yang diterima oleh pompa. Beban ini sangat berpengaruh pada buka tutup katub searah pada sisi tekan, semakin besar beban maka katub akan menutup semakin kuat sehingga saat pemompaan diperlukan juga tenaga uap yang besar sehingga kuat untuk membuka katub searah pada sisi tekan. Disini jika uap belum kuat untuk membuka katub searah pada sisi tekan,uap ini akan menunggu uap selanjutnya dan berkumpul semakin banyak sehingga tenaga yang dihasilkan dari uap semakin besar dan mampu membuka katub searah pada sisi tekan lalu memopa air keluar. Karena tenaga yang besar yang dihasilkan oleh uap tadi, maka pompa memompa air dengan tenaga yang kuat sehingga debit yang dihasilkan oleh pompa bagus.

Berbeda dengan tinggi head yang semakin rendah maka beban yang diterima oleh pompa khususnya pada katub searah sisi tekan juga semakin ringan. Tenaga uap yang diperlukan untuk membuka katub searah pada sisi tekanpun lebih kecil dalam proses pemompaannya, tetapi karena debit aliran fluida kerja yang dugunakan besar maka proses penguapan fluida kerja cair juga memerlukan waktu yang cukup lama. Oleh karena itu debit yang dihasilkan pompa dengan menggunakan ketinggian head yang semakin rendah dan menjadi tidak efektif serta efisiensi pompa juga tidak bagus. Disamping itu rugi-rugi daya yang ditimbulkan juga cukup besar karena pemompaan menggunakan head yang rendah akan melakukan pemompaan lebih cepat dibanding menggunakan head yang lebih tinggi karena tenaga uap yang diperlukan untuk memompa kecil tetapi rugi-rugi daya karena gesekan dan sebagainya besar maka debit yang dihasilkan lebih sedikit dan daya pemompaan juga tidak bagus.

43

BAB V PENUTUP

5.1Kesimpulan

1. Telah dibuat pompa air tenaga termal dengan pemanas berupa pipa tembaga yang disusun secara parallel dan dilengkapi dengan pemisah uap.

2. Debit pemompaan maksimum sebesar 0,77 liter/menit tiap siklus pada variasi debit aliran fluida kerja 4,3 liter/menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, dua tabung udara tekan, volume udara tekan 12 liter dan head pemompaan 2,35 m.

3. Daya pemompaan maksimum sebesar 0,46 watt pada variasi variasi debit aliran fluida kerja 4,3 liter/menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, dua tabung udara tekan, volume udara tekan 12 liter dan head pemompaan 2,35 m.

4. Efisiensi pemompaan maksimum sebesar 0,031 % pada variasi variasi debit aliran fluida kerja 4,3 liter /menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, dua tabung udara tekan, volume udara tekan 12 liter dan head pemompaan 2,35 m. 5. Efisiensi termal maksimum sebesar 87,51 % pada variasi debit aliran fluida kerja

4,3 liter /menit, kondisi awal pemanas dan kondensor terisi penuh fluida kerja cair dengan jumlah massa fluida mula-mula 2,51 liter, satu tabung udara tekan, volume udara tekan 5,9 liter, dan head pemompaan 2,35 m.

5.2 Saran

1. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penambahan panjang pada pipa pemanas untuk meningkatkan dan memaksimalkan penguapan fluida kerja cair.

2. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penggantian fluida kerja cair yang digunakan dalam proses pemompaan dengan titik didit yang lebih rendah dari petroleum eter, untuk meminimalkan waktu penguapan dan memaksimalkan pemompaan sehingga debit, daya, dan efisiensi yang lebih bagus.

3. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penggantian kontruksi dan bahan pipa kondensor menjadi lebih pendek dan mempunyai sifat penghantar uap yang bagus agar dapat menjaga hasil uap fluida kerja cair sampai pada tabung udara tekan serta bagus dalam proses pendinginan.

4. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya pada proses pemompaan usahakan untuk meminimalisir adanya udara dalam sistem karena setelah penelitian udara menghambat laju uap fluida dalam proses pemompaan.

45

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.

Cengel, Y.A.; Bobs, M.A., 2008. Thermodynamics, An Engineering Approach, Sixth Edition, Mc Graw Hill.

Mahkamov, K.; Orda, E.P., 2005. Solar Thermal Water Pumps: A Preliminary.

Spindler, K.; Chandwalker, K.; Hahne, E., 1996. Small solar (thermal)

waterpumping system, Solar Energy, Volume 57, Issue 1, July 1996,

Pages 69-76

Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., 1995. The importance of the

condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 1167-1173

Sumathy, K., 1999. Experimental studies on a solar thermal water pump,

Applied Thermal Engineering, Volume 19, Issue 5, May 1999, Pages

449-459

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2000. Performance of a solar water pump with

npentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001a. Performance of a solar water pump with

ethyl ether as working fluid, Renewable Energy, Volume 22, Issues

1-3, January-March 2001, Pages 389-394

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001b. Thermodynamic analysis and optimization

of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume

46

LAMPIRAN

Gambar L.1 Alat penelitian pompa air termal

Gambar L.4 Kondensor Gambar L.5 Penampung fluida kerja

` Gambar L.8 Manometer udara

Tabel L.1 Tabel sifat fluida minyak pemanas (Cengel, 2008)

Tabel L.2 Tabel sifat fluida kerja eter (Cengel, 2008) Tempera

ture, T°F

Density ,ρ lbm/ft³

Spesific heat, Cp Btu/lmb.°F Thermal conductivit, k Btu/h.ft.°F Dynamic viscosity,µ lbm/ft.s Kinematic viscosity, v ft²/h Thermal diffusivity, α ft²/h Volume expansivit

y, β 1/R

Prandtl number,

Pr 60 57.0 0.43 0.077 5820 x 10-5 _{102 x 10}-5 _{3.14 x 10}-3 _{0.38 x 10}-3 ₁₁₇₀

80 56.8 0.44 0.077 2780 x 10-5 _{49 x 10}-5 _{3.09 x 10}-3 _{0.38 x 10}-3 ₅₇₀

100 56.0 0.46 0.076 1530 x 10-5 27.4 x 10-5 2.95 x 10-3 0.39 x 10-3 340 150 54.3 0.48 0.075 530 x 10-5 9.8 x 10-5 2.88 x 10-3 0.40 x 10-3 122 200 54.0 0.51 0.074 250 x 10-5 4.6 x 10-5 2.69 x 10-3 0.42 x 10-3 62 250 53.0 0.52 0.074 139 x 105 2.6 x 10-5 2.67 x 10-3 0.44 x 10-3 35 300 51.8 0.54 0.073 830 x 10-5 1.6 x 10-5 2.62 x 10-3 0.45 x 10-3 22

Temperat ure, T°C

Density ,ρ kg/m³

Spesific heat, Cp J/kg.°C Thermal conductivity, k W/m.°C Thermal diffusivity, α m²/s Dynamic viscosity, µ kg/m.s Kinematic viscosity, v m²/s Prandtl number, Pr -40 823 2037 0.186 1.11 x 10-7 _{4.81 x 10}-3 _{5.84 x 10}-6 _52.7

-20 815 2124 0.179 1.03 x 10-7 2.83 x 10-3 3.47 x 10-6 33.6

0 806 2249 0.174 0.960 x 10-7 1.77 x 10-3 2.20 x 10-6 22.9

20 789 2395 0.168 0.889 x 10-7 _{1.20 x 10}-3 _{1.52 x 10}-6 _17.0

40 772 2572 0.162 0.816 x 10-7 0.834 x 10-3 1.08 x 10-6 13.2 60 755 2781 0.156 0.743 x 107 0.592 x 10-3 0.784 x 10-6 10.6 80 738 3026 0.150 0.672 x 10-7 0.430 x 10-3 0.583 x 10-6 8.7

5.2 Saran

1. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penambahan panjang pada pipa pemanas untuk meningkatkan dan memaksimalkan penguapan fluida

kerja cair.

2. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penggantian fluida kerja cair yang digunakan dalam proses pemompaan dengan titik didit yang

lebih rendah dari petroleum eter, untuk meminimalkan waktu penguapan dan

memaksimalkan pemompaan sehingga debit, daya, dan efisiensi yang lebih

bagus.

3. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penggantian kontruksi dan bahan pipa kondensor menjadi lebih pendek dan mempunyai sifat

penghantar uap yang bagus agar dapat menjaga hasil uap fluida kerja cair

sampai pada tabung udara tekan serta bagus dalam proses pendinginan.

4. Diusulkan untuk penelitian selanjutnya pada proses pemompaan usahakan untuk meminimalisir adanya udara dalam sistem karena setelah penelitian udara

45

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.

Cengel, Y.A.; Bobs, M.A., 2008. Thermodynamics, An Engineering Approach, Sixth Edition, Mc Graw Hill.

Mahkamov, K.; Orda, E.P., 2005. Solar Thermal Water Pumps: A Preliminary.

Spindler, K.; Chandwalker, K.; Hahne, E., 1996. Small solar (thermal)

waterpumping system, Solar Energy, Volume 57, Issue 1, July 1996,

Pages 69-76

Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., 1995. The importance of the

condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 1167-1173

Sumathy, K., 1999. Experimental studies on a solar thermal water pump,

Applied Thermal Engineering, Volume 19, Issue 5, May 1999, Pages

449-459

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2000. Performance of a solar water pump with

npentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001a. Performance of a solar water pump with

ethyl ether as working fluid, Renewable Energy, Volume 22, Issues

1-3, January-March 2001, Pages 389-394

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001b. Thermodynamic analysis and optimization

of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume

46 LAMPIRAN

Gambar L.1 Alat penelitian pompa air termal

Gambar L.4 Kondensor Gambar L.5 Penampung fluida kerja

` Gambar L.8 Manometer udara

Tabel L.1 Tabel sifat fluida minyak pemanas (Cengel, 2008)

Tabel L.2 Tabel sifat fluida kerja eter (Cengel, 2008)

Tempera ture, T°F

Density

,ρ lbm/ft³

Spesific heat, Cp Btu/lmb.°F Thermal conductivit, k Btu/h.ft.°F Dynamic viscosity,µ lbm/ft.s Kinematic viscosity, v ft²/h Thermal diffusivity, α ft²/h Volume expansivit

y, β 1/R

Prandtl number,

Pr

60 57.0 0.43 0.077 5820 x 10-5 _{102 x 10}-5 _{3.14 x 10}-3 _{0.38 x 10}-3 ₁₁₇₀

80 56.8 0.44 0.077 2780 x 10-5 _{49 x 10}-5 _{3.09 x 10}-3 _{0.38 x 10}-3 ₅₇₀

100 56.0 0.46 0.076 1530 x 10-5 27.4 x 10-5 2.95 x 10-3 0.39 x 10-3 340

150 54.3 0.48 0.075 530 x 10-5 9.8 x 10-5 2.88 x 10-3 0.40 x 10-3 122

200 54.0 0.51 0.074 250 x 10-5 4.6 x 10-5 2.69 x 10-3 0.42 x 10-3 62

250 53.0 0.52 0.074 139 x 105 2.6 x 10-5 2.67 x 10-3 0.44 x 10-3 35

300 51.8 0.54 0.073 830 x 10-5 1.6 x 10-5 2.62 x 10-3 0.45 x 10-3 22

Temperat ure, T°C

Density

,ρ kg/m³

Spesific heat, Cp J/kg.°C Thermal conductivity, k W/m.°C Thermal diffusivity, α m²/s Dynamic viscosity, µ kg/m.s Kinematic viscosity, v m²/s Prandtl number, Pr

-40 823 2037 0.186 1.11 x 10-7 _{4.81 x 10}-3 _{5.84 x 10}-6 _52.7

-20 815 2124 0.179 1.03 x 10-7 2.83 x 10-3 3.47 x 10-6 33.6

0 806 2249 0.174 0.960 x 10-7 1.77 x 10-3 2.20 x 10-6 22.9

20 789 2395 0.168 0.889 x 10-7 _{1.20 x 10}-3 _{1.52 x 10}-6 _17.0

40 772 2572 0.162 0.816 x 10-7 0.834 x 10-3 1.08 x 10-6 13.2

60 755 2781 0.156 0.743 x 107 0.592 x 10-3 0.784 x 10-6 10.6