Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
KARAKTERISTIK KOLEKTOR PARABOLA UNTUK POMPA AIR ENERGI SURYA
Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Oleh: Stefan Mardikus NIM : 055214037
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
CHARACTERISTIC OF PARABOLIC COLLECTOR FOR SOLAR ENERGY WATER PUMP A THESIS Presented as partial fullfillment of the requirements for gaining engineering holder in Mechanical Engineering study programme by
Stefan Mardikus Student Number : 055214037 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
ABSTRAK
Air merupakan salah satu sumber kehidupan yang terpenting bagimasyarakat. Banyak sumber air yang langsung dapat dimanfaatkan. Alat bantu
untuk mendapatkan air yang letaknya berbeda dari tempat penggunaannya (dalam
tanah) menggunakan pompa air. Pompa yang umum digunakan untuk
memindahkan air dari bawah ke tempat penggunaanya umumnya menggunakan
bahan bakar ataupun listrik. Untuk itu dilakukan penelitian yang bertujuan untuk
mengetahui debit pemompaan, efisiensi kolektor dan daya pompa maksimum
yang dihasilkan.Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air menggunakan pompa
membran, dengan menggunakan fluida kerja spiritus. Pompa air energi surya
umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu: (1) evaporator, (2) pompa
air dan (3) kondenser. variabel-variabel yang harus diukur antara lain temperatur
fluida kerja mula-mula (T ), temperatur air pendingin masuk kondenser (T ),
f1 k2temperatur air pendingin keluar kondenser (T ), dan radiasi surya yang datang
k3
(G). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan
untuk mendapatkan massa uap fluida kerja (m ), daya pemompaan (Wp), fraksi
guap (X ), efisiensi kolektor ( ) dan efisiensi sistem ( ). Efisiensi kolektor
uap C Sistem terdiri dari efisiensi sensibel kolektor ( ) dan efisiensi laten kolektor ( ).S L Dari hasil penelitian diperoleh daya pompa maksimum sebesar 0,066 Watt,
terjadi pada ketinggian head 2 meter dengan menggunakan fluida kerja sebanyak
104gr. Efisiensi sensibel kolekor maksimum sebesar 22,71%, terjadi pada
ketinggian head 1 meter dengan menggunakan fluida kerja sebanyak 104 gr.
Efisiensi laten maksimum sebesar 1,668% terjadi pada ketinggian head 1 meter
dengan menggunakan fluida kerja sebanyak 104 gr. Efisiensi sistem maksimum
sebesar 0,0345% terjadi pada ketinggian head 1 meter dengan menggunakan
fluida kerja sebanyak 104 gr, dan debit maksimum sebesar 0,410 ltr/mnt terjadi
pada ketinggian head pemompaan 0,5 meter dengan menggunakan fluida
sebanyak 104 gr.KATA PENGANTAR
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus dan anugrah-
Nya, sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan tepat pada waktunya. Tugas
akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program
studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.Dengan selesainya pembuatan tugas akhir ini yang merupakan salah satu
syarat kelulusan dari program studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tidak lupa juga penulis
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam
pembuatan tugas akhir, baik pada saat pembuatan alat dan juga penulisan tugas
akhir ini, terlebih kepada :1. Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.S.C. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., selaku Wakil Dekan I Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Budi Sugiharto, S.T.,M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan Dosen Pembimbing Akademik.
4. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
5. keluarga besar penulis atas doa dan dukungannya yang terus-menerus.
6. Serta semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan satu per satu, yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki
dalam penulisan tugas akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan
kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga
penelitian dan tugas akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun
pembaca. Tuhan Yesus memberkati.Yogyakarta, 10 Januari 2009 Stefan Mardikus
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i
TITLE PAGE .................................................................................................. ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......................................................... v ABSTRAK ...................................................................................................... vi HALAMAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ................................................ vii KATA PENGANTAR .................................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................... xi DAFTAR TABEL ........................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1 1.l Latar Belakang .................................................................................
1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................
2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian .......................................................
3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................
4 2.1Dasar Teori ......................................................................................
4 2.2 Prinsip Kerja .................................................................................
5 2.3 Efisiensi .........................................................................................
6 2.4 Efisiensi Laten Kolektor ................................................................
7
2.6 Daya Pemompaan ..........................................................................
9 2.7 Efisiensi Sistem ..............................................................................
9 2.8 Fraksi Uap .....................................................................................
10 2.9 Radiasi Surya ................................................................................
10 2.10 Penelitian Yang Pernah Dilakukan .............................................
10 BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................
13 3.1 Skema Alat ......................................................................................
13 3.2 Variabel Yang Divariasikan ............................................................
15 3.3 Parameter Yang Diukur ..................................................................
15 3.4 Langkah Penelitian ..........................................................................
15 3.5 Sarana Penelitian .............................................................................
16 3.5.1 Peralatan Pendukung .............................................................
16 3.6 Pengolahan Dan Analisa Data .........................................................
17 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
18 4.1 Data Penelitian ................................................................................
18
4.1.1 Data hasil percobaan untuk head 0,5 m...................................
18
4.1.2 Data hasil percobaan untuk head 1 m......................................
20
4.1.3 Data hasil percobaan untuk head 1,5 m...................................
22
4.1.4 Data hasil percobaan untuk head 2 m......................................
23 4.2 Analisa Data Dan Perhitungan ........................................................
25 4.2.1 Perhitungan Variasi Head 0,5 m, Massa Fluida 104 gr .........
25 4.2.2 Hasil perhitungan massa fluida kerja mula-mula 104 gr .......
29 4.3 Grafik Hasil Data Perhitungan Dan Pembahasan ...........................
30 4.3.1 Grafik radiasi surya terhadap waktu ......................................
31
4.3.3 Grafik hubungan efisiensi sensibel terhadap waktu ..............
34 4.3.4 Grafik hubungan efisiensi laten terhadap waktu ...................
35 4.3.5 Grafik hubungan efisiensi sistem dengan debit pompa .........
36 4.3.6 Grafik hubungan efisiensi sistem terhadap waktu...................
37
4.3.6 Grafik hubungan debit dengan radiasi surya............................ 38 BAB V. KESIMPULAN ................................................................................
45
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 45 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
46 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1. Data penelitian untuk head 0,5 meter dengan fluida kerja spiritus .18 Tabel 4.2. Data penelitian untuk head 1 meter dengan fluida kerja spiritus ....
20 Tabel 4.3. Data penelitian untuk head 1,5 meter dengan fluida kerja spiritus .
22 Tabel 4.4. Data penelitian untuk head 2 meter dengan fluida kerja spiritus ....
23 Tabel 4.5. Data hasil perhitungan untuk variasi ketinggian 0,5 meter .............
29 Tabel 4.6. Data hasil perhitungan untuk variasi ketinggian 1 meter ................
29 Tabel 4.7. Data hasil perhitungan untuk variasi ketinggian 1,5 meter .............
30 Tabel 4.8. Data hasil perhitungan untuk variasi ketinggian 1,5 meter .............
30
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Skema alat penelitian .................................................................
5 Gambar 4.1. Grafik Radiasi Surya Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 0,5 meter. ..............................................................
31 Gambar 4.2. Grafik Radiasi Surya Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 1 meter. .................................................................
31 Gambar 4.3. Grafik Radiasi Surya Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 1,5 meter. ..............................................................
32 Gambar 4.4. Grafik Radiasi Surya Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 2 meter. .................................................................
32 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Daya Pompa Terhadap Waktu Untuk Head pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m, dan 2 m. ..................................
33 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Efisiensi Sensibel Kolektor Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m, dan 2 m ..............
34 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Efisiensi Laten Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m dan 2 m ....................................
35
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Efisiensi Sistem Dengan Debit Pemompaan Untuk head Pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m dan 2 m ...............36 Gambar 4.9. Grafik Hubungan Efisiensi Sistem Terhadap Waktu Untuk Head Pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m dan 2 m ....................................
37 Gambar 4.10.Grafik Hubungan Debit Pemompaan Dengan Radiasi Surya Pemompaan 0,5 m, 1 m, 1,5 m dan 2 m ...................................
38 Gambar 4.11.Grafik Hubungan Debit Terhadap Waktu Untuk Fluida Kerja Spiritus Dan Fluida Kerja Air ..............................
40 Gambar 4.12.Grafik Radiasi Surya Terhadap Jumlah Pengambilan Data Untuk Fluida Kerja Spiritus Dan Fluida Kerja Air ..............................
40 Gambar 4.13.Grafik Hubungan Efisiensi Sensibel Kolektor Terhadap Waktu Untuk Fluida Kerja Spiritus Dan Fluida Kerja Air ..................
42 Gambar 4.14.Grafik Hubungan Efisiensi Laten Kolektor Terhadap Waktu Untuk Fluida Kerja Spiritus Dan Fluida Kerja Air ..................
43 Gambar 4.15.Grafik Hubungan Daya Pompa Terhadap Waktu Untuk Head Fluida Kerja Spiritus Dan Fluida Kerja Air .............................
43 Gambar 4.16.Grafik Hubungan Debit Terhadap Efisiensi Sistem Untuk
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Masalah
Air merupakan salah satu kebutuhan bagi masyarakat, air dapat digunakan
untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Sumber air umumnya terletak
berbeda dari tempat air tersebut diperlukan, sehingga diperlukan pompa air untuk
mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.Pompa air dapat digerakkan dengan energi minyak bumi (dengan motor
bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi tidak semua daerah di Indonesia
terdapat jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik
sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat. Selain itu penggunaan bahan
bakar minyak atau energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi
mahal sehingga mengurangi kemampuan sebagian masyarakat dalam memenuhi
kebutuhan hidup yang lain. Untuk kondisi daerah seperti itu umumnya penyediaan
air dilakukan dengan tenaga manusia yaitu membawanya dengan ember, menimba
atau dengan pompa tangan. Jika penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia
maka bukan hanya tenaga tetapi waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih
produktif akan berkurang.Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi alam untuk memompa
air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut maka sumber-sumber energi
alam yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, angin atau
2
energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan
dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor termal.
Sel surya masih merupakan teknologi yang tinggi dan mahal bagi masyarakat
terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga
penerapannya sangat terbatas. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi
yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan
masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang unjuk kerja kolektor parabola
silinder untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi
surya termal di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak
penelitian untuk menjajagi kemungkinannya.I.2. Perumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energi surya dengan
menggunakan kolektor parabola silinder. Untuk mengetahui unjuk kerja, yakni
debit yang dihasilkan (Q), efisiensi ( η) yang dihasilkan dengan jumlah fluidakerja mula-mula 104 gr, variasi ketinggian head pemompaan (H), dan jenis plat
kolektor parabola silinder yang digunakan. Fluida kerja yang digunakan dalam
penelitian ini adalah spiritus dan jumlah fluida kerja dengan massa fluida sebesar
104 gram, serta variasi ketinggian head pemompaan yaitu 0,5 meter, 1 meter, 1,5
meter, dan 2 meter.3
I.3 Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian, yaitu 1.
Mengetahui debit, efisiensi kolektor, dan daya pemompaan maksimum yang dihasilkan.
2. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain.
Manfaat penelitian, yaitu 1.
Pada penelitian ini dapat dikembangkan untuk diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyarakat.
2. Menambah kepustakaan pompa air energi surya.
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Dasar Teori Pompa air energi panas umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama
yaitu: (1) evaporator, (2) pompa air dan (3) kondenser. Pompa air yang digunakan
umumnya pompa jenis membran. Kondenser yang digunakan dapat berbentuk
tabung, atau rangkaian pipa. Pada penelitian ini sebagai pendingin kondenser
digunakan air dalam tangki dan dihubungkan ke kondenser dengan pipa. Tangki
diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara
alami tanpa perlu menggunakan pompa.Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja (spiritus) dan
menyalurkannya ke pompa. Karena menerima uap bertekanan pompa melakukan
kerja mekanik mendorong air yang ada di pompa ke tempat tujuan (tangki atas).
Uap masuk ke kondenser dan mengembun dan kembali ke evaporator.
Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah
tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk dalam pompa dan
proses kembali langkah tekan pompa karena uap yang baru dari evaporator masuk
ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk
pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun di kondenser) disebut
satu siklus. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada
sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir
ke tujuan dan tidak kembali ke sumber dan pada langkah hisap air yang dihisap
5
umumnya adalah fluida cair misalnya air, alkohol, spirtus, atau fluida cair yang
mempunyai titik didih yang rendah (agar mudah menguap).Unjuk kerja pompa air energi panas dinyatakan dengan efisiensi kolektor
( ) dan efisiensi sistem ( ). Efisiensi kolektor terdiri dari efisiensi sensibel
η c η Sistem kolektor ( ) dan efisiensi laten kolektor ( ).η S η L 2.2.
Prinsip Kerja
6 Prinsip kerja dari pompa air energi surya sederhana yaitu panas surya
memanaskan evaporator dan menguapkan fluida kerja dalam evaporator. Uap
bertekanan dari evaporator mengalir menuju membran dan mendorong air dari
pompa untuk keluar menuju tangki penampung. Uap yang berada dalam tabung
kondensor lalu didinginkan oleh aliran air dan kembali ke evaporator. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawahtekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk dalam pompa
dan dipanaskan kembali.2.3. Efisiensi
Efisiensi pompa air energi surya dinyatakan dengan efisiensi evaporator ( η E ) dan efisiensi sistem (
η Sistem ). Efisiensi evaporator terdiri dari efisiensi sensibel evaporator ( η
S ) dan efisiensi laten evaporator ( η
L ).
Efisiensi sensibel kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah
energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja
dalam kolektor dari temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah
energi termal yang datang selama interval waktu tertentu. (Sumber : Yunus A.
Cengel, Thermodynamics An Engineering Approach, Bab 2, hal 79)
(1)
∫ Δ = t P f
S G dt Ac T C m
.
. .η
7 dengan : Ac : luasan kolektor (m
2 ) C
P : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K)) dt : lama waktu pemanasan (detik)
G : radiasi surya yang datang (W/m
2 ) m f
: massa fluida kerja (kg) T : kenaikan temperatur spiritus (C)
2.4 Efisiensi Laten kolektor.
Efisiensi laten kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah
energi yang digunakan dalam proses penguapan fluida kerja dengan jumlah energi
yang datang selama waktu tertentu. Efisiensi laten kolektor dapat dihitung dengan
persamaan (Sumber : Yunus A. Cengel, Thermodynamics An Engineering
Approach, Bab 2, hal 79) :(2) ∫
= t fg g
L G dt Ac h m
. .
η
8 dengan :
2 Ac : luasan kolektor (m )
dt : lama waktu pemanasan (detik)
2 G : radiasi surya yang datang (W/m ) h : panas laten fluida yang dipanasi (J/(kg)) fg m : massa uap fluida kerja (kg) g
Massa uap fluida kerja (m) dapat dihitung dengan: = ⋅ m ρ V (3) g dengan:
3 ρ : massa jenis uap (kg/m )
3 V : volume langkah kerja pompa membran (m ) 2.5. Efisiensi kolektor.
Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang berguna (menaikkan temperatur dan menguapkan fluida kerja) dengan jumlah radiasi surya yang datang selama waktu tertentu atau efisiensi kolektor merupakan jumlah efisiensi sensibel dan efisiensi laten kolektor. Efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan :
η = η η + (4)
9 dengan: : efisiensi sensibel kolektor
η S
η : efisiensi laten kolektor L
2.6. Daya pemompaan
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (Sumber : Fritz Dietzel, Turbin, Pompa Dan Kompresor, Bab 4, hal 242) :
(5) · · · dengan:
3 ρ : massa jenis air (kg/m )
2 g : percepatan gravitasi (m/detik )
3 Q : debit pemompaan (m /detik)
H : head pemompaan (m) 2.7. Efisiensi Sistem.
Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan
yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan jumlah radiasi surya yang datang
selama waktu tertentu. Efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan
(Sumber : Yunus A. Cengel, Thermodynamics An Engineering Approach, Bab 2,
: hal 79)
10 W . Δ t
P η = t
Sistem G.dt
Ac (6)
∫ dengan :
2 Ac : luasan kolektor (m )
dt : lama waktu pemanasan (detik)
2 G : radiasi surya yang datang (W/m ) Wp : daya pemompaan (Watt) t : selang waktu (detik)
2.8. Fraksi Uap
Fraksi uap yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (Sumber :
Yunus A. Cengel, Thermodynamics An Engineering Approach, Bab 3, hal 129) :
(7) dengan : m : massa uap fluida kerja (kg) g m : massa fluida kerja (kg) f 2.9.
Radiasi Surya Radiasi surya yang datang dapat dihitung dengan persamaan :
2
11 dengan :
2.10. Penelitian Yang Pernah Dilakukan
Penelitian pompa air energi surya termal memperlihatkan bahwa waktu
pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk
kondensor (Sumathy et. al., 1995). Sebuah prototipe pompa air energi surya
termal yang bekerja dengan siklus Rankin diuji untuk mengetahui unjuk kerjanya
menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 (Spindler et. al, 1996). Penelitian
unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan kolektor pelat datar seluas 1
m2, variasi tinggi head 6, 8 dan 10 m memperlihatkan bahwa ukuran vesel uap
fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian
secara teoritis pompa air energi surya termal dengan dua macam fluida kerja, yaitu
n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl
ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000).
Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya
termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus/ hari
tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk
pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam
sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin
(Wong, 2001). Penelitian pompa air energi surya termal menggunakan kolektor
12
pemompaan 700-1400 l/hari tergantung pada ketinggian head (6-10 m). Efisiensi
sistem mencapai 0,42-0,34% (Wong, 2001). Penelitian pompa air energi surya
termal dengan menggunakan model matematis memperlihatkan unjuk kerja
pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus. Daya pompa meningkat dengan
naiknya temperatur maksimum siklus, sementara penurunan efisiensi disebabkan
kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov,
2005). Penelitian lainnya adalah pompa air energi surya dengan menggunakan
2
kolektor parabola silinder seluas 1,2 m dengan variasi massa fluida kerja mula-
mula 280 kg, 450 kg dan 670 kg. Pada penelitian ini memperlihatkan bahwa
efisiensi pompa dengan air sebagai fluida kerja menghasilkan efisiensi sebesar
0,0165% dengan massa fluida kerja mula-mula 450 gr. Hal ini dikarenakan daya
pompa meningkat dengan panas surya yang diterima kolektor naik sehingga
mempercepat proses penguapan.13
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Skema Alat
Pompa air energi surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama: 1.
Satu kolektor parabola silinder yang pada titik fokusnya diletakan pipa tembaga diselubungi pipa absorber (dari kaca).
2. Pompa membran (balon) dengan fluida kerja.
3. Kondenser sebagai tempat pengembunan sehingga uap spirtus dapat menjadi cair dan kembali ke kolektor.
Fluida yang digunakan sebanyak 104 gr. Dalam penelitian digunakan
termokopel untuk mengukur temperatur, berikut gambar skema pompa air energi surya dengan posisi termokopel : Keterangan:
1. Pipa evaporator yang dipanasi
2. Saluran fluida cair
3. Kondenser
4. Pompa membran
5. Pendingin kondenser
6. Tangki pendingin kondenser
7. Bak penampung air bagian bawah
8. Bak penampung air bagian atas
9. Katup searah sisi hisap pompa
10. Katup satu arah sisi tekan pompa
11. Saluran air masuk pompa
12. Saluran air masuk bak penampung atas
13. Titik termokopel pada air masuk kondensor
14. Titik termokopel pada air keluar kondensor
15. Titik termokopel pada pipa evaporator
3.2 Variabel Yang Divariasikan :.
Tinggi head pompa yang digunakan divariasikan sebanyak 4 variasi, yakni 0,5 meter, 1 meter, 1,5 meter, 2 meter.
3.3 Parameter Yang Diukur : 1.
Temperatur fluida kerja pada saat langkah hisap (T f1
) 2. Temperatur fluida kerja pada saat langkah tekan (T f2
) 3. Intensitas radiasi surya yang datang (G) 4. Temperatur air pendingin masuk kondenser (T k2 ).
5. Temperatur air pendingin keluar kondenser (T k3 ).
6. Lama waktu pencatatan data (t) 7.
Tekanan pada sistem (P f
)
3.4 Langkah Penelitian a.
Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1 b.
c.
Pengambilan data dilakukan pada waktu terjadi pemompaan dan pendinginan d.
Pada variasi salah satu parameter, harga parameter yang lain tetap.
e.
Data yang dicatat adalah temperatur fluida kerja mula-mula (T
f1), temperatur fluida kerja setelah selang waktu tertentu (T f2
), daya masukan (W in
), lama waktu pencatatan data, tekanan fluida kerja (P f
),
Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan tinggi head pemompaan. f.
Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk variasi berikutnya kondisi alat harus didiamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan pengambilan data variasi saat ini.
3.5 Sarana Penelitian 3.5.1. Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah
a. Sel Surya Alat ini berfungsi untuk menerima radiasi surya yang datang, dan mengkalibrasikan kedalam satuan volt pada multitester.
b. Manometer Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan fluida kerja pada
saat pemompaan, pada sisi sebelum pompa.
c. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pengoperasian pompa air, waktu yang diperlukan untuk penguapan, maupun untuk menghitung waktu air mengalir .
d. Gelas Ukur Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu. Gelas ukur yang dipakai maksimal dapat mengukur 1 liter. e. Ember Ember digunakan untuk menampung air yang akan dipompa.
Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
f. Thermologger Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada evaporator, dan suhu air kondensor, setelah jangka waktu tertentu.
3.6 Pengolahan Dan Analisa Data
Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan Persamaan (1) sampai dengan Persamaan (8). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan daya pemompaan, efisiensi sensibel evaporator,
efisiensi laten evaporator dan efisiensi sistem dengan waktu, radiasi surya yang
datang dan head pemompaan.BAB IV TIAN DAN P
4.1 Data
4 T
4.1.1 Data h
2008 ja spiritus de
Tk3 25,3 22,7 21,5 21,6 22,6 23,5
PEMBAHA ah diambil hanya dilakuk eter
5 November
IB r ya fluida kerj
Pf Out m 0,00 0,08 0,00 0,05 0,07 0,10
ASAN dengan va kan sekali sa
41
tput t- teka ml detik
24
1
ariasi yang aja. engan head
an t- hisap k detik
5
6 p G 677,5 657,5 645,0 6 650,0 657,5 6 642,5
( ) 2 m W
: Sabtu, 15 : 10.00 WI : Spiritus : 0,5 meter : 104 gr r tenaga sury
NO
Tf1 Tk2 8,3 26,0 7,7 24,6 2,4 23,7 4,4 21,8 7,6 242,0 8,0 24,9
L PENELIT tian yang d mbilan data ti baan untuk n pompa air
2
3
4
5
6
D berbe
Hari Jam Jenis Head Pipa
Tabel 4.1 Da 0,Waktu Menit
09.00
09.05
09.10
09.13
09.18
a Penelitian Data penelit eda. Pengam hasil percob
/ Tanggal s Fluida d evaporator ata penelitia 5 meter
t T Menit 0 2
5 6 10 42 13 64 18 6 16 6
didapat tela iap variasi h head 0,5 me
09.16 HASIL
T
9
15
7
9
5
5
8
10
7
25
8
10
ja spiritus de
t t- tekan Detik
14
7
5
7
5
9
7
8
5
30
7
30
8
30
8
47
37
24
7
37
30
9
38
5
34
5
14
13
ya fluida kerj
7
2
3
2
3
3
15
1
16
engan
29
2
5
5
2
7
11
8 G 642,5 410,0 542,5 705,0 782,5 802,5 785,0 775,0 725,0 752,5 705,0 687,5 692,5 717,5 307,5 605,0 582,5 464,0 467,5 562,5 570,0 632,5 550,0 537,5 200,0 537,5 682,5 875,0 887,5 282,5 910,0 892,5 897,5 645,0 860,0 857,5 855,0
t- hisap detik
5
7
5
23
7
8
11
4
18
4
8
5
6
5
6
9
13
5
5
7
7
f Output ml
Tk3 Pf 23,1 0,00 23,6 0,05 23,1 0,00 24,1 0,07 23,6 0,08 23,4 0,08 23,6 0,00 24,4 0,08 24,1 0,07 23,5 0,10 23,3 0,00 22,7 0,00 24,1 0,09 23,5 0,00 24,9 0,00 26,0 0,00 24,5 0,00 26,5 0,00 24,9 0,00 24,3 0,00 23,1 0,00 21,3 0,00 24,0 0,05 25,1 0,00 24,4 0,00 23,4 0,05 23,3 0,09 23,3 0,10 24,4 0,00 28,0 0,05 26,3 0,07 27,2 0,05 27,7 0,00 27,7 0,08 27,3 0,09 27,3 0,00 28,1 0,08
NO
36
29
30
31
32
33
34
35
37
27
38
39
40
41
42
43 Tabel 4.1 Da
he
Waktu Menit M
28
26
09.28
15
7
8
9
10
11
12
13
14
16
25
17
18
19
20
21
22
23
24
09.25
09.30
r tenaga sury )
11.23
11.00
11.01
11.05
11.12
11.14
11.15
11.20
11.24
10.50
11.25
11.26
ata penelitia ead 0,5 mete
t Tf1 Menit 25 51,6
28 61,2 30 60,9 35 60,0 37 64,0 39 60,0 40 52,3 42 58,7 45 57,3 49 68,3 50 53,0 55 42,0 57 48,0 60 48,4 65 31,9 70 29,9 75 31,7 80 31,8 85 28,1 90 31,1 95 27,4
100 29,1 102 44,7 105 28,7 110 29,5 115 43,0 120 66,4 121 51,2 125 30,9 132 42,2 134 39,2 135 42,3 140 32,7 143 43,3 144 41,6 145 40,8 146 44,7
n pompa air er. (lanjutan)
Tk2 T 6 24,9 2 2 26,0 2 9 24,9 2 0 26,4 2 0 25,8 2 0 27,1 2 3 26,3 2 7 26,9 2 3 26,4 2 3 25,6 2 0 25,0 2 0 26,9 2 0 26,0 2 4 23,8 2 9 26,7 2 9 27,4 2 7 24,5 2 8 27,1 2 1 24,2 2 1 25,1 2 4 20,9 2 1 21,3 2 7 25,4 2 7 25,8 2 5 23,0 2 0 19,8 2 4 24,3 2 2 25,5 2 9 22,9 2 2 28,3 2 2 25,4 2 3 27,9 2 7 28,4 2 3 29,5 2 6 28,4 2 8 28,0 2 7 29,8 2
10.55
10.45
09.35
09.57
09.37
09.39
09.40
09.42
09.45
09.49
09.50
09.55
10.00
10.42
10.05
10.10
10.15
10.20
10.25
10.30
10.35
10.40
( ) 2 m W T NO
44
Output ml
8
13
rja spiritus d utput t- tek ml detik
00
00
00
00
00
00
IB ya fluida kerj
28
8 November
0,08 0,09 0,02 0,00 0,00 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 er.
ya fluida ker Pf Ou m 0,08
,6 0,0 ,6 0,0 ,1 0,0 ,7 0,0 ,0 0,0 ,7 0,0
3 Pf
: Jumat, 28 : 10.25 WI : Spiritus : 1 meter : 104 gr r tenaga sury
r tenaga sury ) Tk3 27,6 27,6 29,5 28,2 30,1 30,5 31,3 26,1 23,2 21,6 24,2 head 1 mete
29
29 29,0
11
28
29 29,5
33
( ) 2 m W
83 246 239
G 165 742 512
912,5 8 920,0 2 917,5 2 902,5
812,5 185,0 575,0 1 755,0
p G 5 865,0 867,5 840,0
t- hisap detik
2 engan head
9
2
10
5 4 10 4 10 25 11 8 20 26 18
4
dengan kan t- hisap k detik
t- tekan detik
30 2008 ja spiritus de
30
4.1.2 Data h
4 T
1 Waktu
28 29,6
28 30,5
45
1
11.31
11.30
11.28
he O Waktu Menit
6 Tabel 4.1 D
5
4
3
2
NO
11.40
54
53
52
51
50
49
48
47
46
11.35
11.45
27 29,7
10.40
Tk2 Tk3 29,3
4,7 28,3 9,7 30,0 3,1 28,4 0,1 29,2 0,0 29,6 3,8 32,3 9,0 30,8 7,8 27,4 7,4 29,4 9,4 29,4 baan untuk n pompa air
an pompa air er. (lanjutan) Tf1 Tk2 0,3 28,2
5 39,2 10 37,1 15 35,2 20 35,3 25 29,7
t Tf1 Menit 0 57,0
/ Tanggal s Fluida d evaporator ata penelitia meter
150 54 151 49 155 33 160 30 165 30 168 53 170 49 175 37 178 57 180 59 hasil percob
ead 0,5 mete t T Menit 148 50
10.45
10.35
11.48
10.30
10.25
Menit M
Tabel 4.2 DaHari Jam Jenis Head Pipa
12.00
11.58
11.55
11.50
10.50 Data penelitia
T
18
08
10
00
00
00
00
09
28
09
00
4
00
00
05
09
14
00
00
09
7
00
06
00
31 34,6
31 34,7
33 33,9
32 34,6
31 34,6
33 34,5
30 35,4
32 36,7
32 37,1
31 36,4
31 36,0
00
31 36,1
32 36,2
32
r tenaga sury
3 Pf
,0 0,0 ,8 0,0 ,8 0,0 ,9 0,0 ,6 0,0 ,3 0,0 ,7 0,0 ,3 0,0 ,2 0,0 ,2 0,0 ,9 0,0 ,0 0,0 ,6 0,0 ,9 0,0 ,2 0,0 ,9 0,0 ,9 0,0 ,0 0,0 ,4 0,0 ,0 0,0 ,8 0,0 ,7 0,0 ,2 0,0 ,9 0,0 ,6 0,0 ,1 0,0 ,8 0,0 ,2 0,0 ,5 0,0 ,1 0,0 ,0 0,0 ,1 0,0 ,9 0,0 ,1 0,0 ,9 0,0
ya fluida kerj
Output ml
00
00
00
00
32 33,7
99 450
7
7
6
2
5
4
1
2
3 G 120
1180 198 633 150
engan
69 257 101
1096 1146
90 118
1100 1150 1050
781 651
1025 169
82 108 185 500 950 958
1057 1047
947 904 168
1087 1045
t- hisap detik
2
06
00
10
00
08
00
09
41
00
02
05
00
9
5
02
00
ja spiritus de
t- tekan t detik
5 11,4 10,9
14
8
3
2
31 33,1
32 33,5
NO
41 Tabel 4.2 Da
32
33
34
35
36
37
38
39
40
he
30
Waktu Menit M
11.00
11.05
11.10
11.15
11.20
11.24
11.25
11.30
31
29
11.40
16
7
8
9
10
11
12
13
14
15
17
28
18
19
20
21
22
23
24