KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN PIPA OSILASI 38 INCI

  

KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN PIPA OSILASI 3/8 INCI

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin

  

Diajukan Oleh:

PATRICK ANANG PRIYAMBADA

NIM : 075214015

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2011

  

CHARACTERISTIC OF THERMAL ENERGY NIFTE PUMP USING

3/8 INCH OF OSILATION PIPE

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering Study Program

  

By :

PATRICK ANANG PRIYAMBADA

NIM : 075214015

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2011

  

INTISARI

  Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi masih banyak daerah tidak bisa menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan sebagai penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di indonesia belum banyak sehingga masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memanfaatkannya secara optimal.

  Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model pompa termal jenis nifte meneliti daya , debit dan efisiensi maksimal yang dihasilkan oleh model pompa nifte tersebut. Model pompa nifte dapat dibagi menjadi 6 bagian utama yaitu, evaporator, kondensor, pipa osilasi, pipa nifte, keran dan bak pendingin. Dalam proses pengambilan data digunakan 6 variasi yang berbeda yaitu: variasi pada ketinggian awal air, variasi bukaan keran, variasi pendingin, variasi ukuran evaporator, variasi titik pengapian dan variasi pengeluaran udara dari dalam sistem.

  Telah berhasil dibuat model pompa termal jenis nifte dengan daya maksimal sebesar 0,031 watt, debit maksimal yang terjadi sebesar 0,52 liter/menit dan efisiensi dari model pompa tersebut sebesar 0,0055 %. Kata – kata kunci : variasi, pompa, daya, debit ,osilasi,efisiensi.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu 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

  “Karakteristik Pompa

  Nifte Energi Termal Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci

  ” 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 Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.

  3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  4. Bapaelaku dosen pembimbing akademik.

  5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.

  7. Teman – teman yang turut membantu menyelesaikan tugas akhir ini, seluruh Mahasiswa Universitas Sanata Darma jurusan teknik mesin angkatan 2007 khususnya Ignatius Angga Kusuma, Fx.Ivan Nugroho, Heribertus Dwi Prihantoro dan Dionisius Dewangga Aditya.

  8. Pihak-pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

  Yogyakarta, 29 Maret 2011 Penulis

  DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

TITLE PAGE ............................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................. vi

  

INTISARI ..................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................. viii

DAFTAR ISI ................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii

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

  

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

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

  1.2 Batasan Masalah ............................................................................. 3

  1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 4

  1.4 Manfaat Penelitian .......................................................................... 5

  

BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 6

  2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan ................................................. 6

  2.2 Dasar Teori ..................................................................................... 9

  2.3 Penerapan Rumus .......................................................................... .14

  

BAB III. METODE PENELITIAN ............................................................ .18

  3.1 Skemai Alat Penelitian ................................................................... 18

  3.2 Peralatan Pendukung ....................................................................... 19

  3.3 Prinsip Kerja Alat ........................................................................... 19

  3.4 Variabel yang Divariasikan ............................................................. 20

  3.5 Variabel yang Diukur ..................................................................... 23

  3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 25

  3.6 Analisa Data ........................................................................... ........ 29

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 30

  4.1 Data Penelitian ................................................................................ 31

  4.2 Contoh Perhitungan ........................................................................ 40

  4.3 Pembahasan ..................................................................................... 52

  

BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 82

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 82

  5.2 Saran ............................................................................................... 83

  

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 84

LAMPIRAN ................................................................................................... 85

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan keran dibuka penuh ............................. 31Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan 0 .............................................

  menggunakan udara dan keran ditutup 22.5

  32 Tabel 4.3 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan keran ditutup 45 ................................ 32 Tabel4.4 Data pada variasi ketinggian air berada sejajar evaporator, pendinginan menggunakan udara dan keran ditutup 45 .... ........ 33

Tabel 4.5 Data pada variasi ketinggian air berada di bawah evaporator, pendinginan menggunakan udara dan keran ditutup 45 ............ 33Tabel 4.6 Data pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan air dan keran ditutup 45 ................. 34Tabel 4.8 Data pada variasi penambahan perangkat pompa air,ketinggian air di atas evaporator, pendingin udara, keran ditutup 60 dan

  menggunakan variasi pengeluaran udara dalam sistem ............. 35

Tabel 4.9 Data pada variasi penambahan perangkat pompa air, ketinggian air di atas evaporator,pendingin udara , keran ditutup 60 dan

  menggunakan variasi pengeluaran udara dalam sistem ............ 36 Tabel4.10 Data pada variasi penambahan perangkat pompa air, ketinggian air di atas evaporator,pendingin udara , keran ditutup 30 dan menggunakan variasi pengeluaran udara dalam sistem ............................................................................. 37

Tabel 4.11 Data pada variasi penambahan perangkat pompa air, penggantian ukuran panjang evaporator menjadi 40 cm serta

  merubah posisi pembakaran,ketinggian air berada di atas evaporator, pendingin udara, keran ditutup 30 dan menggunakan variasi pengeluaran udara dalam sistem ........... 38

Tabel 4.12 Tabel data pengujian daya spiritus ......................................... 39Tabel 4.13 Tabel perhitungan daya spiritus ............................................. 45Tabel 4.14 Tabel perhitungan pompa pada variasi 1 ,ketinggian air di atas evaporator ,pendingin udara dan keran dibuka penuh ........... 46Tabel 4.15 Tabel perhitungan pompa pada variasi 2 ,ketinggian air di atas evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 22, 5 .......... 46Tabel 4.16 Tabel perhitungan pompa pada variasi 3 ,ketinggian air di atas evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 ............... 47Tabel 4.17 Tabel perhitungan pompa pada variasi 4 ,ketinggian air sejajar evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 .............. 47Tabel 4.18 Tabel perhitungan pompa pada variasi 5 ,ketinggian air sejajar evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 .............. 47Tabel 4.19 Tabel perhitungan pompa pada variasi 6 ,ketinggian air di bawah evaporator ,pendingin air dan keran ditutup 45 ...... 48Tabel 4.20 Tabel perhitungan pompa pada variasi 7 ,ketinggian air di atas evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 dan

  dilakukan variasi pengurangan udara dalam sistem .............. 49

Tabel 4.21 Tabel perhitungan pompa pada variasi 8 ,penambahan perangkat pompa dengan head 15 cm, ketinggian air di atas

  evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 60 dan dilakukan pengurangan udara dalam sistem ...................... 49

Tabel 4.22 Tabel perhitungan pompa pada variasi 9 ,penambahan perangkat pompa dengan head 15 cm, ketinggian air di atas

  evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 dan dilakukan pengurangan udara dalam sistem ............................. 50

Tabel 4.23 Tabel perhitungan pompa pada variasi 10 ,penambahan perangkat pompa dengan head 15 cm, ketinggian air di atas

  evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 30 dan dilakukan pengurangan udara dalam sistem .......................... . 50

Tabel 4.24 Tabel perhitungan pompa pada variasi 11 ,penambahan perangkat pompa dan pergantian ukuran panjang evaporator

  menjadi 40 cm dengan head 15 cm, ketinggian air di atas evaporator ,pendingin udara dan keran ditutup 45 dan dilakukan pengurangan udara dalam sistem .......................... 51

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa air energi termal jenis pulse jet ...................................... 8Gambar 2.2 Dimensi evaporator .................................................................... 8Gambar 2.3 Pompa air tenaga panas jenis nifte ............................................. 10Gambar 2.4 Pompa air tenaga panas matahari jenis nifte ............................. 10Gambar 2.5 Pompa air energi termal jenis nifte pump .................................. 11Gambar 2.6 Pompa air energi termal jenis pulse jet ...................................... . 11Gambar 2.7 Pompa air energi termal jenis fluidyn pump .............................. 13Gambar 3.1 Skema alat penelitian ................................................................ 18Gambar 3.2 Posisi awal air berada di atas evaporator ................................... 20Gambar 3.2 Posisi awal air sejajar evaporator .............................................. 20Gambar 3.2 Posisi awal air berada di bawah evaporator ............................... 21Gambar 3.3 Keran buka penuh ...................................................................... 21Gambar 3.3 Keran ditutup 22.5 .................................................................... 21Gambar 3.3 Keran ditutup 45 ....................................................................... 21Gambar 3.4 Gambar perangkat tanpa pompa22 ............................................. 22Gambar 3.5 Gambar perangkat dengan pompa .............................................. 22Gambar 3.6 Gambar variasi evaporator ......................................................... 23Gambar 3.7 Gambar posisi penempatan termokopel ...................................... 24Gambar 3.8 Gambar pengukuran panjang langkah ........................................ 24Gambar 4.1 Gambar pengujian daya spiritus ................................................ 39Gambar 4.2 Grafik hubungan debit pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ...................................................................... 52Gambar 4.3 Grafik hubungan debit pipa nifte dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ...................................................................... 52Gambar 4.4 Grafik hubungan debit pipa osilasi dengan waktu berdasarkan bukaan keran .............................................................................. 53Gambar 4.5 Grafik hubungan debit pipa nifte dengan waktu berdasarkan bukaan keran ............................................................................. 53Gambar 4.6 Grafik hubungan debit pipa osilasi dengan waktu berdasarkan posisi air .................................................................................... 54Gambar 4.7 Grafik hubungan debit pipa nifte dengan waktu berdasarkan posisi air .................................................................................... 54Gambar 4.8 Grafik hubungan debit pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam system ....................................................... 55Gambar 4.9 Grafik hubungan debit pipa nifte dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam system ...................................................... 55Gambar 4.10 Grafik hubungan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ..................................... 56Gambar 4.11 Grafik hubungan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan ukuran evaporator ............................. 57Gambar 4.12 Grafik hubungan daya pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ..................................................................... 57Gambar 4.13 Grafik hubungan daya pipa nifte dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ..................................................................... 58Gambar 4.14 Grafik hubungan daya pipa osilasi dengan waktu berdasarkan bukaan keran ............................................................................ 58Gambar 4.15 Grafik hubungan daya pipa nifte dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ..................................................................... 59Gambar 4.16 Grafik hubungan daya pipa osilasi dengan waktu berdasarkan posisi air .................................................................................. 59Gambar 4.17 Grafik hubungan daya pipa nifte dengan waktu berdasarkan posisi air .................................................................................. 60Gambar 4.18 Grafik hubungan daya pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam sistem ...................................................... 60Gambar 4.19 Grafik hubungan daya pipa nifte dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam sistem ..................................................... 61Gambar 4.20 Grafik hubungan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ................ 62Gambar 4.35 Grafik hubungan kecepatan pipa nifte dengan waktuGambar 4.29 Grafik hubungan efisiensi pipa nifte dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam sistem ................................... 66Gambar 4.34 Grafik hubungan kecepatan pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.33 . Grafik hubungan frekuensi pipa nifte dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.32 Grafik hubungan frekuensi pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.31 Grafik hubungan efisiensi dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan ukuran evaporator ......... 68

  sistem ........................................................................................ 67

Gambar 4.30 Grafik hubungan efisiensi dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan jumlah udara dalamGambar 4.28 Grafik hubungan efisiensi pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jumlah udara dalam sistem .................................. 66Gambar 4.21 Grafik hubungan daya dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan ukuran evaporator ............................ 62Gambar 4.27 Grafik hubungan efisiensi pipa nifte dengan waktu berdasarkan posisi air .............................................................. 65Gambar 4.26 Grafik hubungan efisiensi pipa osilasi dengan waktu berdasarkan posisi air .............................................................. 65Gambar 4.25 Grafik hubungan efisiensi pipa nifte dengan waktu berdasarkan bukaan keran ....................................................... 64Gambar 4.24 Grafik hubungan efisiensi pipa osilasi dengan waktu berdasarkan bukaan keran ....................................................... 64Gambar 4.23 Grafik hubungan efisiensi pipa nifte dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ................................................ 63

  Gambar4.22 Grafik hubungan efisiensi pipa osilasi dengan waktu berdasarkan jenis pendinginan ................................................. 63

• – 7.................................................................... 69
• – 7.................................................................... 69
• – 7.................................................................... 70

• – 7.................................................................... 71
• – 7.................................................................... 71

• – 7.................................................................... 72
• – 7.................................................................... 72
• – 7.................................................................... 73
• – 7.................................................................... 73
• – 7.................................................................... 74
• – 7.................................................................... 74
• – 10 ........................................................................................ 75
• – 10 ........................................................................................ 76
• – 10 ............................................................................ 76

Gambar 4.48 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu antara variasi 10 dan 11 ................................................................................. 78Gambar 4.47 Grafik hubungan debit pemompaan dengan waktu antara variasi 10 dan 11 .................................................................................. 77Gambar 4.46 Grafik hubungan efisiensi pemompaan dengan waktu antara variasi 8

  8

Gambar 4.45 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu antara variasi

  8

Gambar 4.44 Grafik hubungan debit pompa dengan waktu antara variasiGambar 4.43 Grafik hubungan efisiensi pipa nifte dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.42 Grafik hubungan efisiensi pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.41 Grafik hubungan daya pipa nifte dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.40 Grafik hubungan daya pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.39 Grafik hubungan tekanan pipa nifte dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.38 Grafik hubungan tekanan pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.37 Grafik hubungan debit pipa nifte dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.36 Grafik hubungan debit pipa osilasi dengan waktu antara variasi 1Gambar 4.49 Grafik hubungan efisiensi pemompaan dengan waktu antara variasi 10 dan 11 ...................................................................... 78

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Krisis Timur Tengah mendongkrak harga minyak bumi di atas 100 dollar Amerika ( AS ) per barrel. Harga minyak bumi impor Indonesia yang diukur dengan Indonesia Crude Prices hingga akhir Februari bertahan pada 100,2 dollar AS per barrel,jauh di atas harga perkiraan pemerintah, sebesar 80 dollar AS. Akibatnya subsidi bahan bakar minyak ikut membengkak. Energi nuklir tampaknya bukan pilihan yang mantap setelah peristiwa Fukusima. Di Eropa,negara-negara yang semula melirik energi nuklir mengkaji ulang aspek teknologi dan keselamatan nuklir.Pada saat bersamaan, laporan ilmiah tentang perubahan iklim mengubah cara pandang tentang pembangunan.Solusinya energi terbarukan ramah lingkungan. ( Kompas, 2011 )

  Upaya mengembangkan energi terbarukan dilakukan Indonesia sejak 1970 an tetapi tidak pernah konsisiten.Tahun 2006 mulai digalakkan lagi pemanfaatan energi terbarukan tetapi juga macet di tengah jalan.Peraturan Presiden ( Perpres ) tentang Kebijakan Energi Nasional lahir tahun 2006 dan isinya menyebut energi terbarukan.Energi terbarukan berasal dari sumber daya energi yang secara alamiah tak akan habis dan berkelanjutan, antara lain panas bumi, aliran air sungai, BBN, panas surya, angin, biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman laut.Tidak

  2

  diragukan adalah konsistensi implementasi program berbagai kebijakan yang tampak indah sebagai konsep. Di dalam tugas akhir ini saya akan membahas contoh pemanfaatan energi terbarukan yang berkaitan dengan air. Air merupakan zat cair yang sangat berguna bagi kehidupan, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Selain untuk kebutuhan sehari-hari (minum, mandi, mencuci, dll), air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik yang sangat berguna untuk kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro ( PLTMH ). Indonesia merupakan negara dengan bentuk kepulauan dan termasuk negara yang subur, air tersedia secara luas di seluruh daerahnya. Bahkan disetiap pulau di Indonesia terdapat sungai yang mengalir dengan lancar, misalnya sungai Batanghari di Jambi, sungai Musi di Palembang, sungai Bengawan di Solo hingga sungai Mahakam di Kalimantan. Selain memanfaatkan sungai, penduduk Indonesia juga dapat menggali sumur sebagai sumber air mereka. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan dan pemilihan sumber energi terbarukan adalah sebagai berikut : a) Ketersediaan sumber energi dan usaha pelestarian, b) Kemampuan manusia untuk menguasai dan mengelola energi, c) Ketersediaan dana untuk menguasai sumber energy, d) Masalah lingkungan.

  Untuk memanfaatkan air, manusia khususnya memerlukan alat bantu yang digunakan untuk mengumpulkan air. Alat bantu yang digunakan beragam, mulai dari timba air yang menggunakan sistem katrol hingga pompa air yang menggunakan listrik untuk menjalankannya. Namun pada jaman globalisasi ini, untuk memudahkan pekerjaan manusia, pompa air yang digerakkan dengan energi listrik (motor listrik) lebih banyak digunakan.

  3

  Pompa air yang menggunakan energi listrik, digunakan dengan tujuan mempermudah perkerjaan manusia. Namun tidak semua daerah di Indonesia saat ini terjangkau listrik, seperti misalnya di daerah terpencil yang sulit dijangkau. Penggunaan energi listrik juga menyebabkan penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Selain itu pemanasan global juga menjadi alasan untuk mengurangi penggunaan energi listrik, jadi harus dicari solusi untuk mengatasi masalah ini.

  Untuk daerah yang dekat dengan aliran sungai, dapat digunakan pompa hidram sebagai solusinya. Namun pompa hidram memiliki batas ketinggian dan jauh aliran yang dapat dijangkau. Daerah yang jauh dari aliran sungai tidak akan dapat menggunakan sistem ini. Alternatif yang dapat digunakan untuk daerah ini adalah dengan menggunakan pompa air energi termal. Ada 3 jenis pompa air anergi termal yang dapat digunakan yaitu : a) Jenis pompa air energy termal dengan jenis pulsa jet ( water pulsa jet ), b) Jenis pompa air anergi termal dengan jenis Fluidyn Pump, c) Jenis pompa air anergi termal dengan jenis Nifte Pump.

1.2 Batasan Masalah

  Pada tugas akhir ini akan diteliti pompa air energi termal dengan jenis nifte (nifte pump). Dipilihnya pompa air energi termal dengan jenis nifte dengan alasan jenis pompa air ini merupakan jenis yang paling sederhana, mempunyai komponen yang mudah dibuat dan dapat dikembangkan dengan menggunakan energi surya dengan ditambahkan kolektor surya,tapi dalam hal ini saya mengganti kolektor surya dengan panas dari spritus sebagai sumber energinya.

  4

  Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut: a.

  Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan spritus sebagai sumber energi. Spritus akan digunakan untuk membakar pipa dan bidang bakar berbentuk persegi, dimana pipa memiliki diameter 0,75 inci, dengan panjang 20 cm,pipa osilasi ukuran 3/8 inci dengan panjang 1 m, sedangkan bidang bakar memiliki penampang dengan ukuran 20 cm x 20 cm dan tebal 1 mm.

  b.

  Fluida kerja yang digunakan adalah air.

  c.

  Pada penelitian ini dianggap tidak tejadi rugi – rugi aliran dari pipa dan selang.

  3 d.

  . Masa jenis (ρ) air yang digunakan adalah 1000 Kg/m

  2 e.

  . Gravitasi yang digunakan untuk perhitungan adalah 9,8 m/detik f.

  Pada saat mencari data yang akan digunakan untuk menghitung daya spritus, dengan cara memanaskan air menggunakan bahan bakar spritus, panas yang dihasilkan oleh spritus dianggap ditangkap oleh air secara keseluruhan tanpa mengalami kehilangan temperatur sedikit pun.

1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian antara lain :

  5

  a.

  Membuat pompa air energi termal jenis nifte dengan menggunakan bidang bakar dengan ukuran 20 cm x 20 cm, tebal 0,5 mm, pipa nifte 3/4 inci dan dengan pipa osilasi 3/8 inci dengan panjang evaporator 20 cm dan tebal 1 mm.

  b.

  Meneliti debit (Q),daya pemompaan (Wn), dan efisiensi pompa air energi termal dengan jenis Nifte sebelum penambahan perangkat pompa.

  c.

  Meneliti debit (Q),daya pompa (Wp), dan efisiensi pompa air energi termal dengan jenis Nifte setelah penambahan perangkat pompa.

  d.

  Meneliti efisiensi pompa total dengan membandingkan daya pompa dibagi daya pemompaan.

1.4 Manfaat

  Berpartisipasi dalam penelitian green energi.

  b.

  Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

  c.

  Memanfaatkan energi termal agar dapat dilakukan penghematan sumber energi lain seperti minyak bumi dan kayu bakar.

  d.

  Hasil – hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi berikutnya untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi termal yang lebih sempurna lagi sehingga dapat diterima masyarakat serta dapat meningkatkan kesejahteraan.

  Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah: a.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Penelitian mengenai pompa nifte ini sejauh sepengetahuan peneliti belum banyak dilakukan, hanya beberapa penelitian saja yang dapat peneliti ketahui dari proses pengumpulan sumber yang meneliti tentang pompa energi panas jenis nifte.

  Teknologi Non-Inertive Komentar Thermofluidic Engine ( NIFTE )dan pompa sedang dikembangkan oleh Dr Tom Smith dan Dr Christos Markides.

  Pompa nifte yang dibuat oleh Smith dan Markides masih belum sempurnah namun telah dapat menghasilkan debit sebesar 480 liter/jam dengan energi panas

  2

  yang diperoleh dari kolektor dengan luas 1 m dan panas yang dihasilkan mencapai 600W. ( Smith, 2006 ) Beberapa penelitian pompa air tenaga panas jenis lain seperti, 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 m sampai 5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith,

  7

  2005). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995).

  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).

  Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal Menggunakan Pompa Rendam

  ” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0,0893 Watt.

  Efisiensi sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor efisiensi maksimum adalah 57,218 % (Yoanita, 2009).

  Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 wa tt, efisiensi pompa (η pompa) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi

  8

  ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara (Suhanto, 2009).

  Selanjutnya dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan

  Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,213 %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).

Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

  ( Sumber : Nugroho 2009)

Gambar 2.2. Dimensi Evaporator

  ( Sumber : Nugroho 2009)

  9

  Penelitian terbaru dilakukan dengan judul penelitian “Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 2 Pipa Pararel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum sebesar 0,0148 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum sebesar 0,03 % dan debit (Q) sebesar maksimum 0,588 liter/menit pada variasi ketinggian 1,5 m dan pipa osilasi ½ inci tanpa pendingin (Putra, 2010).

2.2 Dasar Teori

  Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis nifte (Gambar 2.3, Gambar 2.4 dan Gambar 2.5), pompa air energi termal dengan jenis ( pulsa

  

jet air) ( Gambar 2.6 ), serta pompa air energi termal dengan jenis fluidyn(Gambar

  2.7). Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis nifte (nifte pump) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

  Prinsip kerja jenis nifte pump seperti Gambar 2.3 Nifte pump memiliki dua silinder vertikal ( 1 dan 2 ) yang terhubung pada bagian atas ( 3 ), Sambungan lain terdapat di bagian bawah menggunakan katup penghambat atau penutup ( 4 ). Pada saat tekanan uap yang dihasilkan oleh evaporator meningkat ( 5 ), fluida ( 2 ) akan menekan beban atau fluida sistem ( 7 ) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.

  10

Gambar 2.3. Pompa air tenaga panas jenis nifte

  ( Sumbe

Gambar 2.4. Pompa air tenaga panas matahari jenis nifte

  ( Sumbe

  11

Gambar 2.5. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump

  ( Sumber : Smith 2005 )

Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

  12

  Keterangan bagian-bagian pulse jet :

  1. Fluida air

  5. Tuning pipe

  2. Sisi uap

  6. Katup hisap

  3. Sisi panas

  7. Katup buang

  4. Sisi dingin Prinsip kerja pompa air jenis pulsa jet (water pulse jet pump) adalah sebagai berikut: Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pada saat pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap bertekanan 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 tetapi siklus ini berlangsung cepat. Pompa ini dilengkapi dengan dua buah 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.

  13

Gambar 2.7. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

  

( Sumber : Smith 2005 )

  Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

  1. Displacer

  6. Katup hisap

  2. Penukar panas

  7. Katup buang

  3. Pemicu regenerasi

  8. Sisi volume mati

  4. Penukar panas

  9. Pengapung

  5. Tuning pipe Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan udara dengan tekanan dan temperatur tertentu, sehingga fluida di

  14

  menyebabkan air terdorong keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan penukar panas, kemudian fluida pada sisi dingin menggantikan atau mengisi kembali fluida sistem di bagian sisi panas

2.3 Persamaan yang digunakan

  Frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : f = (2.1) dengan : n : banyak langkah osilasi t : waktu yang diperlukan (detik) Kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : v = f x C (m/detik) (2.2) dengan : f : frekuensi C : 2 x panjang langkah ( 1 x osilasi ) Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :

  3 Q = A x v (m /detik) (2.3)

  15

  dengan :

2 A : luas penampang selang (m )

  v : kecepatan alir air (m/detik) Tekanan yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan :

  (2.4) P = ρ x g x H dengan :

  3

  ) ρ : massa jenis air (kg/m

  2

  g : percepatan grafitasi (m/s ) H : head pemompaan / tinggi langkah (m) Daya pemompaan yang dihasilkan nifte pump dapat dihitung dengan persamaan :

  Wn = P x Q (2.5) dengan :

2 P : tekanan yang dihasilkan (N/m ) f : frekuensi (Hz)

  v : kecepatan alir air (m/detik)

3 Q : debit pemompaan (m /s)

  Untuk mengetahui daya spiritus, harus dilakukan eksperimen sederhana terlebih dahulu. Uji coba dilakukan dengan cara memanaskan air dan spiritus

  16

  digunakan sebagai fluida kerjanya. Air digunakan sebagai pendekatan untuk menghitung daya spiritus, karena air kapasitasnya diketahui dan mudah didapat: W spiritus = (2.6)

  

( Sumber : Giles 1986)

  dengan : m : masa (kg) Cp : kalor jenis (J/kg

  C) T : perubahan suhu (

  C) t : waktu (detik) Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  W n

   100 % 

  pompa Wspiritus

  (2.7)

  

( Sumber : Giles 1986)

  dengan : Wn : daya pemompaan (watt) W spritus : daya spiritus (watt)

  17

  Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan

  (2.8)

  W g Q H   . . .

  P ( Sumber : Giles 1986)

  dengan:

  3

   : massa jenis air (kg/m )

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s )

3 Q : debit pemompaan (m /s)

  H : head pemompaan (m) Perhitungan debit air yang dikeluarkan oleh pompa

  V Q 

  (2.9)

  t (Sumber : Giles 1986)

  dengan:

3 V : volume air keluaran (m )

  t : waktu yang diperlukan (detik) Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  W

  (2.10)

  P

    100 %

  pompa Wspiritus (Sumber : Giles 1986)

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Skema Alat Penelitian Sistem pompa energi termal jenis nifte ini terdiri dari dua bagian utama,

  yaitu bagian saluran air dan pompa (evaporator). Sistem saluran air menggunakan pipa dan disusun pada rangka yang terbuat dari pelat besi siku. Pompa akan dihubungkan ke sistem saluran air dengan bantuan pipa dan katup searah.

  9

  8

  4

  1

  5

  2 ₁ 11 3/8 inci

  3 7 3/4 inci

  6

  10 Gambar 3.1. Skema Alat

  19

  Keterangan :

  1. Pendingin

  6. Kondensor

  11. Bak air

  2. Karet tahan panas 7. Keran

  3. Evaporator

  8. Lubang udara

  4. Pipa nifte 9. Pipa pengembunan

  5. Pipa osilasi

  10. Pompa Selain alat utama dalam penelitian seperti Gambar 3.1, digunakan alat-alat pendukung sebagai berikut: a.

  Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mulai mengalir sampai air berhenti mengalir.

  b.

  Termokopel Dipakai untuk mengetahui suhu.

  c.

  Gelas ukur Dipakai untuk menghitung volume air yang dikeluarkan oleh pompa.

3.2. Prinsip Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis nifte. Prinsip kerja jenis nifte ialah air di dalam evaporator dipanasi mengakibatkan sebagian air menguap, dan memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang menyebabkan air terdorong keluar. Selanjutnya terjadi proses penghisapan karena uap di bagian sisi panas

  20

  terulang secara terus menerus, hal tersebut dapat dikatakan osilasi, osilasi ini dimanfaatkan untuk menggerakkan katup hisap dan katup tekan secara bergantian pada pompa sehingga dapat menghisap air dari sumbernya dan memindahkannya ke posisi yang lebih tinggi.

3.3. Variabel Yang Divariasikan

  Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Fluida pendingin (udara dan air).

2. Ketinggian awal air (di atas, sejajar, dan di bawah).

  (a) Posisi awal air berada (b) Posisi awal air sejajar di atas evaporator evaporator

  21

  (c) Posisi awal air berada di bawah evaporator

Gambar 3.2. Variasi ketinggian awal air terhadap pemanas 3.

  Variasi bukaan keran ( buka penuh, tutup 45°, tutup 22,5° ).

  (a) Keran buka penuh (b) Keran ditutup 22.5 (c) Keran ditutup 45

Gambar 3.3. Variasi bukaan keran

  22

5. Variasi penggunaan pompa (dengan dan tanpa pompa).

Gambar 3.4 Perangkat pompaGambar 3.5 Penerapan pompa pada nifte pump

  Tosen klep arah buka ke atas Sambungan ke pipa nifte Sambungan ke pipa osilasi

  osilasi

  Input ( sumber air ) Output pompa Output pompa pompa

  Input (bak air) pipa nifte Pendingin air

  Pipa osilasi Evaporator Keran

  23

6. Ukuran evaporator (20cm dan 40cm).

Gambar 3.6 Variasi evaporator

  Variabel yang Diukur Variabel-variabel yang diukur antara lain : a.

  Suhu (T).

  Pada pipa pengembunan (T1) Pada pipaevaporator (T2)

  20 cm 40 cm

  24

  Pada sebelum masuk pendingin (T3) Pada setelah masuk pendingin (T4)

  T1 T2 T3 T4

Gambar 3.7 Posisi penempatan termokopel b.

  Panjang langkah (l).

  l a.

  b. Posisi air c.Posisi air . Posisi awal air osilasi naik osilasi turun

Gambar 3.8 Pengukuran panjang langkah c.

  Waktu untuk melakukan 10 kali osilasi. Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), tekanan pompa (P), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa).

  Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

  25