POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL

  POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL

  TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh: LEO SUKOTO

  NIM : 065214015

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING

EVAPORATOR FOUR PARALLEL PIPE

  FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirement

  To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

  By : LEO SUKOTO

  NIM : 065214015

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah dibuat dan belum pernah diajukan di perguruan tinggi manapun. Kami dapat mempertanggung jawabkan bahwa Tugas Akhir ini merupakan hasil karya yang otentik serta sepanjang pengetahuan kami juga tidak terdapat karya yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 11 Juni 2010 Penulis

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Leo Sukoto Nomor Mahasiswa : 065214015 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

  POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 11 Juni 2010 Yang menyatakan

  INTISARI Air sangat penting bagi kehidupan, sedangkan sumber mata air yang lebih rendah dari tempat pemakaian diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi tidak semua daerah terdapat jaringan listrik. Alternatif lain yang bisa digunakan sebagai penggerak pompa air adalah menggunakan energi termal berbahan bakar spiritus.

  Pada penelitian ini bertujuan melakukan pembuatan pompa air energi termal menggunakan evaporator empat pipa paralel. Beberapa faktor yang mendasari perancangan evaporator tersebut antara lain sebagai upaya pengembangan pompa air energi termal serta bila ditinjau secara teknisi pembuatannya mudah dan praktis dengan memiliki kelebihan bentuk yang sangat sederhana tetapi tetap mampu melakukan pemompaan dengan cukup baik. Beberapa tujuan lain yang dilakukan dalam penelitian yaitu untuk mengetahui debit, daya dan efisiensi pompa air energi termal jenis pulse jet.

  Pompa air energi termal yang telah dibuat terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, (1) evaporator, (2) kotak spiritus / pembakaran dan (3) tuning pipe (pipa osilasi). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa antara lain : Temperatur sisi atas evaporator (T1), temperatur sisi dibawah kotak pembakaran spiritus (T2), temperatur air keluaran (T3), temperatur udara ruang (T4). Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head (1,5 m, 1,8 m dan 2,5 m), diameter selang osilasi (3/8 inci dan 1/2 inci). Hasil penelitian yang telah dicapai menunjukkan debit maksimum (Q) 0,461 liter/menit, daya pompa maksimum (Wp) 0,136 Watt, efisiensi pompa maksimum ( ) 0,028 %.

  KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Jesus 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 “ Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator Empat Pipa Paralel ” 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. Budi Setyahandana, S.T., M.T _{. selaku dosen pembimbing akademik.}

  5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan

  7. Kedua orang tua yang selalu setia memberi semangat dan dukungan baik secara material ataupun doa-doanya.

  8. Rekan kerja Sukmarta Putra dan Alm.Septian Andri Aditya yang saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir.

  9. Yang terkasih Valentina Dian Indriani yang selalu setia mendampingi dan memberikan motivasi dalam berbagai hal.

  10. _{Seluruh keluarga besar mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan} dukungan selama ini.

  11. _{Teman – teman Kost Patria yang saling berbagi menjadi keluarga selama} di Yogyakarta.

  12. _{Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini} yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  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, 11 Juni 2010

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i TITLE PAGE ............................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ............... vi

  INTISARI .................................................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................. viii DAFTAR ISI ................................................................................................. x DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xv

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

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

  1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 3

  1.4 Manfaat Penelitian .......................................................................... 3

  1.5 Batasan Masalah ............................................................................. 4

  BAB II. DASAR TEORI ............................................................................... 7

  2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ............................................... 7

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

  2.3 Penerapan Rumus .......................................................................... .15

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

  3.1 Deskripsi Alat ................................................................................. 18

  3.1.1 Komponen Utama Alat .......................................................... 21

  3.1.2 Perancangan Evaporator ........................................................ 22

  3.2 Prinsip Kerja Alat ........................................................................... 22

  3.3 Variabel yang Divariasikan ............................................................. 24

  3.4 Variabel Pengukuran ....................................................................... 26

  3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 27

  3.6 Analisa Data ................................................................................... 28

  3.7 Peralatan Pendukung ....................................................................... 29

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 31

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

  4.1.1 Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dengan Variasi Head ............ 31

  4.1.2 Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dengan Variasi Head ............ 34

  4.4.2 Grafik dan Pembahasan Pompa ............................................. 41

  4.4.3 Grafik Hubungan Suhu dengan Jenis Variasi ........................ 46

  4.4.4 Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu.................................. 48

  BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 54

  5.1 _{Kesimpulan ..................................................................................... 54}

  5.2 _{Saran ............................................................................................... 54} DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 56 LAMPIRAN ................................................................................................... 57

  1. Gambar Alat .................................................................................... 58

  2. Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 3 Pipa ......... 61

  2.1 _{Data Penelitian Alat ..................................................................61}

  2.2 Hasil Perhitungan Pompa .........................................................70

  2.2 Grafik Pompa dan Suhu ...........................................................71

  DAFTAR TABEL

  4.1 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m ................................................................................... 31

  4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m .................................................................................. 31

  4.3 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m.................................................................................... 32

  4.4 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,8 m.................................................................................... 32

  4.5 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,8 m.................................................................................... 32

  4.6 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,8 m.................................................................................... 32

  4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 2,5 m.................................................................................... 33

  4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 2,5 m.................................................................................... 33

  4.9 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 2,5 m.................................................................................... 33

  4.12 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,5 m................................................................................... 34

  4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,8 m................................................................................... 35

  4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,8 m................................................................................... 35

  4.15 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,8 m................................................................................... 35

  4.16 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 2,5 m................................................................................... 36

  4.17 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 2,5 m................................................................................... 36

  4.18 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 2,5 m................................................................................... 36

  4.19 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci.................................................................................... 37

  4.20 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci.................................................................................... 37

  4.21 Data Pengujian Spirtus........................................................................ 38

  4.22 Perhitungan Pompa Variasi Head dengan Selang

  DAFTAR GAMBAR

  3.2 Dimensi Evaporator .............................................................................. 22

  4.2 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Daya Pompa Maksimum ....................................................................... 43

  4.1 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Debit Pompa Maksimum ....................................................................... 42

  3.6 Posisi Termokopel Pada Pompa ............................................................ 27

  3.5 Variasi Ketinggian Head ....................................................................... 26

  3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi ........................................................... 25

  3.3 Satu Siklus Kerja Pompa ...................................................................... 24

  3.1 Skema Pompa Air Energi Termal ......................................................... 18

  2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ............................................. 9

  2.7 Sistem Kerja Nifte Pump ...................................................................... 15

  2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ........................................ 14

  2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump .................................................................. 13

  2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ..................................... 12

  2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ............................................. 11

  2.2 Dimensi Evaporator ............................................................................... 10

  4.3 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan

  4.5 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Suhu ( T2 ) Maksimum .......................................................................... 47

  4.6 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 3/8 inci dengan Head 1,5 m ....................................................... 48

  4.7 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 3/8 inci dengan Head 1,8 m ....................................................... 49

  4.8 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 3/8 inci dengan Head 2,5 m ....................................................... 50

  4.9 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 1/2 inci dengan Head 1,5 m ....................................................... 51

  4.10 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 1/2 inci dengan Head 1,8 m ....................................................... 52

  4.11 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang Osilasi 1/2 inci dengan Head 2,5 m ....................................................... 53

  BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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

  Selama ini pada umumnya pompa air biasa menggunakan energi listrik (motor listrik), tetapi permasalahannya belum semua wilayah di Indonesia terdapat jaringan listrik, selain itu penggunaan energi listrik yang berlebihan menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga berdampak terjadinya krisis energi serta mengurangi kemampuan teknologi yang semakin maju serta untuk mengatasi berbagai permasalahan dan dampak tersebut, penulis melakukan penelitian dengan membuat pompa air energi termal menggunakan evaporator empat pipa paralel. Beberapa faktor yang mendasari perancangan alat tersebut antara lain sebagai upaya pengembangan pompa air energi termal serta bila ditinjau dari segi teknisi terletak dalam pembuatan bagian evaporator yang cukup mudah dan praktis karena memiliki kelebihan pada bentuknya yang sederhana tetapi tetap bisa bekerja dengan cukup baik dan mampu melakukan pemompaan secara maksimal. Selanjutnya apabila ditinjau dari keseluruhan bentuk alatnya tergolong kedalam jenis pompa pulse jet dengan kelebihan pada sistem kerja yang efektif dan paling sederhana dibandingkan dengan jenis pompa yang lainnya. Sehingga penelitian ini mempunyai peluang dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyarakat.

1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang dapat dirumuskan pada perancangan alat ini adalah sebagai berikut:

1. Indonesia mengandung sumber mata air yang berlimpah.

  2. Salah satu jalan alternatif yang bisa dibuat secara sederhana dan mudah adalah menggunakan pompa air energi termal jenis diameter selang osilasi untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa ( pompa).

  4. Variabel pengukuran pada pengujian pompa air energi termal menggunakan empat pipa paralel secara keseluruhan antara lain : a. Suhu ( T1, T2, T3, T4 ).

  b. Waktu pemompaan (t out).

  c. Volume keluaran yang dihasilkan (V).

  1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian pompa air energi termal menggunakan empat pipa paralel yang telah dilakukan ini antara lain :

  1. Menerapkan teori yang sudah ada ke dalam praktek pembuatan dan pengujian alat.

  2. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi ( pompa) maksimum.

1.4 Manfaat Penelitian

  Manfaat perancangan karya Tugas Akhir yang telah dibuat adalah sebagai berikut :

  1.

3. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.

1.5 Batasan Masalah

  Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

  1. Perancangan pompa air energi termal menggunakan evaporator dengan jumlah empat pipa tembaga berukuran inci.

  ½ 2.

  Variasi pengambilan data yang dilakukan mencangkup diameter selang osilasi berukuran dan inci, serta ketinggian head

  ½ selang air keluaran 1,5 ; 1,8 dan 2,5 m.

  3. Pengukuran suhu meliputi temperatur pipa evaporator bagian atas dan bagian bawah tempat pembakaran, temperatur air keluaran serta temperatur udara ruang.

  4. Pengambilan keseluruhan data dan volume air keluaran dilakukan saat memulai pembakaran dan setiap selang waktu 3 menit selanjutnya sampai api padam.

  5. Rugi – rugi gesekan, belokan, pengecilan atau pembesaran ( head loss ) dan kekentalan fluida dalam pipa diabaikan.

1.6 Perencanaan Perancangan

  Bagian utama dari perencanaan pompa air energi termal ialah perancangan pada evaporator yang akan digunakan. Dalam pembuatan evaporator tersebut dilakukan pemilihan bahan memakai pipa tembaga dengan alasan memiliki konduktivitas termal / mampu menghantarkan panas secara baik dan tahan pada suhu yang tinggi. Perakitan evaporator dirangkai secara paralel yang dipasang secara vertikal supaya memperoleh keuntungan dari tekanan fluida didalamnya. Dalam hal ini evaporator juga dilengkapi dengan kotak spirtus yang akan difungsikan sebagai tempat pembakaran dan lubang di bagian head evaporator yang didesain beserta tutup sebagai tempat pengisian fluida agar tidak ada udara yang terjebak di dalam pipa, karena jika itu sampai terjadi akan berakibat mengurangi daya kerja pompa. Pada penyambungan pipa – pipa tersebut diusahakan vakum dan tidak terjadi kebocoran guna menjaga tekanan di dalam evaporator tetap stabil.

  1.7 Perawatan Alat Perawatan alat secara berkala perlu dilakukan untuk menjaga kondisi alat supaya kinerja pada sistem dapat mencapai hasil maksimal. Hal-hal yang perlu diterapkan antara lain : a. pada sambungan dan dilakukan pembersihan kerak-kerak sisa hasil pembakaran yang menempel pada pipa tembaga.

  b.

  Katup Pemeriksaan yang perlu dilakukan apabila katup tersumbat oleh kotoran dalam air serta penggantian karet pada katup jika terjadi kebocoran.

  c.

  Selang osilasi dan sambungan selang Pada bagian ini kendala yang sering dialami ialah kebocoran, sehingga perlu dilakukan pengecekan dan penyambungan antar selang dilapisi sealer.

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan Penelitian pada pompa air energi termal memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa energi termal berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m ( Mahkamov, 2003 ). Penelitian pompa air energi termal oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ). Penelitian pompa air energi termal memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian secara teoritis pompa air energi termal dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m ( Wong, 2000 ). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus per hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu

  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 watt, efisiensi pompa ( pompa ) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan kran 30 º, dan debit ( Q ) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 º 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 ( pompa ) maksimum 0,213 %, dan debit ( Q ) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0º dengan pendingin udara ( Nugroho, 2009 ).

  2.2 Dasar Teori Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis pulsa jet air (water pulse jet) seperti pada gambar 2.1 dan gambar 2.2, pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti gambar 2.4, serta pompa air energi termal dengan jenis nifte pump pada gambar 2.6. Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water pulse jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse JetGambar 2.2 Dimensi Evaporator

  

( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC

dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

  Keterangan Gambar 2.1 : 1.

  Tuning pipe 7. Selang keluaran 2. Kran osilasi 8. Evaporator 3. Gelas ukur 9. Pendingin 4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida 5. Katup hisap satu arah 11. Rangka

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet

  

( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston

Engines of Thomas Smith )

  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

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

  ( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid

Piston Engines of Thomas Smith )

  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

Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump

   ( Sumber : Liquid Piston Stirling Engines of Van Nostrnad Reinhold Publishing )

  Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan uap, sehingga fluida di bagian sisi panas turun dan memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang 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.

Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump

  

( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston

Engines of Thomas Smith )

  Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :

  1. Kekuatan piston

  6. Katup

  2. Beban

  7. Saturator

  3. Silinder displacer

  8. Difusi kolom

  4. Evaporator

  9. Perpindahan panas

  5. Kondenser

Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump

  

( Sumber : WWW.Wikipedia.co.id )

  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.

  2.3 Penerapan Rumus

  Dengan: V : volume air keluaran (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)

  Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan :

  W = ρ . g . Q . H …..................... (2.2) P

  Dengan:

  

3

  ) ρ : massa jenis air (kg/m

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s )

  

3

Q : debit pemompaan (m /s)

  H : head pemompaan (m) Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut :

  m . c . ∆ T p

  = W

  …..................... (2.3)

  spirtus t

  Dengan : m : massa air yang dipanasi (kg)

  air 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 :

  …..................... (2.4) Dengan :

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

  Wspritus P W pompa

  = η

  BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

  Bagian – bagian yang berperan pada sistem kerja pompa air energi termal secara keseluruhan dapat ditunjukan pada gambar 3.1, diantaranya sebagai berikut : Keterangan bagian – bagian pompa air energi termal : 1.

  Evaporator Merupakan bagian utama penerima sumber panas sebagai pemompa air.

  2. Tutup evaporator Berfungsi sebagai penutup lubang pengisian fluida pada evaporator.

  3. Seng Digunakan untuk menutup bagian evaporator supaya api dan panas yang dihasilkan tetap terjaga .

  4. Kotak spirtus / pembakaran Berbentuk persegi panjang sebagai tempat spirtus pada waktu pembakaran.

  5. Katup tekan Merupakan katup penahan dan pendorong air keluaran akibat tekanan uap air pada evaporator. Katup ini bekerja menahan air di dalam selang keluaran agar tidak kembali lagi ke sumber dan

  7. Tangki air Tempat yang digunakan sebagai penampung sumber air yang akan dipompa.

  8. Selang keluaran Merupakan selang jalan keluarnya fluida yang terhisap dari tangki dan tertekan keluar akibat pemompaan.

  9. Corong Corong merupakan alat penerima dan penerus air keluaran sebagai penghubung antara selang keluaran naik dan selang keluaran air yang menuju ke bawah / ke dalam gelas pengukur.

  10. Kran pipa osilasi Kran yang berperan untuk membuka dan menutup aliran air antara selang osilasi dengan inci.

  ½ 11.

  Selang osilasi Merupakan selang yang berguna dalam memberikan ruang gerak fluida untuk berosilasi naik turun.

  12. Gelas ukur Berfungsi untuk menampung air keluaran secara sementara yang selanjutnya digunakan sebagai alat pengukur volume air yang diperoleh.

  13. Rangka Pemakaian rangka terbuat dari besi siku lubang sebagai kerangka penyangga / tempat pemasangan keseluruhan sistem pompa air energi termal.

3.1.1 Komponen Utama Alat

  Pada penelitian pompa air energi termal ini terdiri dari tiga komponen utama yaitu :

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

  2. Kotak pemanas / pembakaran yang terbuat dari plat tembaga sebagai tempat bahan bakar spirtus.

  3. Tuning pipe atau pipa osilasi dengan menggunakan selang transparan .

3.1.2 Perancangan Evaporator

  Pada pembuatan evaporator digunakan pipa tembaga berukuran inci yang dirancang seperti pada gambar 3.2 :

  ½

Gambar 3.2 Dimensi Evaporator

3.2 Prinsip Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water

  pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula keluaran, kemudian uap di dalam evaporator mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum), sehingga air dari sumber tangki penampung terhisap masuk melalui katup hisap yang kembali mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa.

  Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun akibat pendinginan) disebut satu siklus, seperti pada gambar 3.3. Siklus ini berlangsung secara cepat, sehingga air dalam tangki terhisap masuk dan tertekan keluar menuju saluran buang juga berlangsung seiring berjalannya siklus tersebut. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing- masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

  Satu langkah tekan Satu langkah hisap

Gambar 3.3 Satu Siklus Kerja Pompa

3.3 Variabel yang Divariasikan

  Variabel yang divariasikan dalam pengujian pompa air energi termal yaitu :

1. Variasi diameter selang osilasi ( 1/2 dan 3/8 inci ) seperti pada gambar 3.4 .

Gambar 3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi

  3/8 Inci 1/2 Inci

  Variabel-variabel pengukuran pada pengujian pompa air energi termal seperti gambar 3.6 antara lain :

Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head

3.4 Variabel Pengukuran

• Temperatur pipa sisi bagian atas evaporator (T1) ,
>Temperatur pipa sisi bagian bawah kotak pemanas spirtus (T2) ,

Gambar 3.6 Posisi Termokopel Pada Pompa

  Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut akan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa ( pompa) serta daya spirtus (W spirtus). mengumpulkan data ialah menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

  Langkah – langkah pengambilan data pompa tersebut antara lain : 1. Alat diatur pada ketinggian head 1,50 m.

  2. Mengatur penggantian selang osilasi dengan diameter 3/8 inci.

  3. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

  4. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan.

  5. Mengisi bahan bakar spirtus.

  6. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

  7. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4 dan waktu serta volume air yang dihasilkan pompa.

  8. Ulangi no 2 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan diameter selang osilasi ½ inci.

  9. Ulangi no.2 – 8 pada pengujian selanjutnya menggunakan head 1,8 m kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m.

3.6 Analisa Data

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi atas evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur air keluaran (T3), temperatur udara sekitar (T4), debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (W

  p

  ) dan efisiensi pompa (

  pompa ).

  Analisa akan lebih mudah dilakukan melalui pembuatan grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

3.7 Peralatan Pendukung

  Macam-macam peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian pompa air energi termal ini adalah : a. Stopwatch

  Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pada saat memulai pengujian disetiap selang waktu 3 menit sampai api padam.

  b.

  Gelas Ukur Gelas ukur dipakai untuk mengukur volume air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu yang telah ditentukan.

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

  f. Thermo Logger g. Termokopel Digunakan untuk mendeteksi suhu pada pemasangan yang dibutuhkan dengan menghubungkan ke layar yang terdapat pada Thermo Logger .

  h. Adaptor Alat ini dipakai sebagai power untuk menghidupkan Thermo Logger.

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  41 27 1280 09:00 188

  32

  62

  00:00 110

  Inci dan Head 1,5 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

  42 27 500

  83

  41 27 1180 12:00 155

  70

  68

  4.1 Data Penelitian Alat Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator 4 pipa paralel dengan volume spirtus 340 ml diperoleh data-data pompa seperti berikut ini :

  43 27 820 06:00 200

  69

  27 03:00 172

  28

  67

  00:00 117

  Inci dan Head 1,5 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

  Head 1,5 meter

  4.1.1 Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dengan Variasi Head Data pada variasi selang osilasi 3/8 inci dengan dengan variasi head dapat dilihat pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 : a)

  27

  00:00 149

  69

  32

  27 Tabel 4.5 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,8 m

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00 185

  68

  33

  26 03:00 259

  73

  43 27 1110 06:00 336

  67

  42 27 2020 09:00 338

  43 27 1700 11:32 255

  42 27 930 12:05 219

  72

  41 26 490

Tabel 4.6 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

  Inci dan Head 1,8 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  00:00 144

  99

  30

  27 03:00 252

  68

  43 27 1100 06:00 366 116

  36 27 1810 09:00 275 112

  93

  98

  68

Tabel 4.4 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

  29

  26 03:00 213

  69

  42 26 920 06:00 214

  70

  43 27 1440 09:00 200

  75

  43 27 1300 12:00 170

  86

  37 27 400

  b) Head 1,8 meter

  Inci dan Head 1,8 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  41 27 1580 12:00 240

  00:00

  32

  32

  27

  27 03:00

  96

  47

  36 26 270 06:00 257

  99

  46 27 1300 09:00 251

  99

  41 27 1740 a) Head 2,5 meter

Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m

  27 03:00 233

  40 27 100 10:02 184

  83

  35

  27

  50 Tabel 4.9 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 2,5 m

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00 133

  61

  29

  73

  43 27 280 09:00 204

  37 27 240 06:00 240

  73

  43 27 300 09:00 209

  82

  42 27 120 10:03 179

  84

  33

  27

  81

  75

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00 171

  37 27 140 10:18 188

  71

  35

  28 03:00 213

  78

  40 28 140 06:00 181

  76

  36 28 280 09:00 205

  77

  82

  41 28 240 06:00 240

  34

  28

  50 Tabel 4.8 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 2,5 m

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00 171

  69

  34

  28 03:00 230

  73

  50

  4.1.2 Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dengan Variasi Head Data pada variasi selang osilasi 1/2 inci dengan dengan variasi head dapat dilihat pada Tabel 4.10 sampai dengan Tabel 4.18 : a)

  00:00 147

  67

  41 27 1240 09:00 267

  60

  40 27 1380 11:53 163

  76

  40 27 720

Tabel 4.12 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  Inci dan Head 1,5 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  66

  67

  29

  27 03:00 198

  67

  42 26 980 06:00 204

  68

  42 27 1400 09:00 189

  72

  41 27 1180 12:16 118

  72

  41 26 800 06:00 196

  26 03:00 195

  Head 1,5 meter

  34 26 220 06:00 192

Tabel 4.10 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  Inci dan Head 1,5 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  00:00

  45

  29

  27

  27 03:00 163

  59

  67

  37

  41 26 1240 09:00 198

  74

  40 26 1300 12:22 154

  84

  38 27 700

Tabel 4.11 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  Inci dan Head 1,5 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  00:00 124

  53

  42 27 520 b) Head 1,8 meter

Tabel 4.13 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  29 27 430

  27 03:00

  82

  61

  37 27 220 06:00 169

  97

  52 27 600 09:00 174 108

  44 27 1110 12:00 169 110

  43 27 1300 15:00 166 105

  43 27 1210 18:00 172 109

  43 27 1110 20:48 133 110

Tabel 4.15 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  32

  Inci dan Head 1,8 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  00:00 109

  74

  28

  27 03:00 140

  94

  44 27 610 06:00 155

  94

  45 27 1300 09:00 187 105

  45 27 1110 11:36 138 110

  26

  33

  Inci dan Head 1,8 m Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

  50 26 340 09:00 185

  00:00

  26

  25

  22

  26 03:00

  67

  60

  29 26 300 06:00

  71

  73

  72

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00

  44 27 970 12:00

  78

  73

  42 27 900 15:00

  63

  81

  42 26 590 15:02 158

  81

  42

  27 Tabel 4.14 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,8 m

  44 27 420 c) Head 2,5 meter

Tabel 4.16 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2

  Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml) 00:00 162

  72

  37 28 320 09:00 201

  77

  36 27 220 10:02 178

  82

  35

  27

  50 Tabel 4.18 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 2,5 m

  75

  72

  37

  27 03:00 203

  72

  41 27 240 06:00 214

  74

  46 28 340 09:00 168

  82