POMPA AIR TENAGA TERMAL DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

  

POMPA AIR TENAGA TERMAL

DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh Ignasius Kurniadi

  NIM : 035214012

  

THERMAL POWERED WATER PUMP

WITH SINGLE PIPE EVAPORATOR

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  By Ignasius Kurniadi

  Student Number : 035214012

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesunggunya bahwa dalam tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta , 28 Januari 2008 Ignasius Kurniadi

  

INTISARI

  Ketersediaan air di Indonesia sangat melimpah namun umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat air tersebut diperlukan sehingga diperlukan pompa air. Pompa air yang kita kenal umumnya digerakkan dengan energi minyak bumi atau energi listrik. Alternatif lain untuk memompa air adalah memanfaatkan sumber energi alam, salah satunya adalah energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan menggunakan evaporator termal atau yang lebih sering disebut pompa air energi termal. Penelitian ini bertujuan untuk menjajagi kemungkinan pembuatan pompa air energi termal menggunakan bahan-bahan yang ada di pasar lokal dan dapat didukung kemampuan industri lokal, mengetahui debit; efisiensi evporator; dan efisiensi sistem yang dihasilkan, serta membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain yang ada.

  Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energi termal dengan menggunakan fluida kerja air pada beberapa variasi evaporator ( φ 3/8 in, φ 1/2 in dan φ 3/4 in; panjang 200 mm dan 250 mm), daya pemanas (160 watt, 240 watt dan 320 watt), dan head pemompaan (0,8 m; 0,9 m; 1,1 m; 1,2 m dan 1,3 m) serta akan diteliti pengaruhnya pada unjuk kerja alat.

• 7

  3 Hasil yang diperoleh adalah Debit Pemompaan maksimum sebesar 7x10 m /s pada

  percobaan dengan 4 pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm. Efisiensi Evaporator maksimum sebesar 55,453 % pada percobaan dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; φ 3/4 in x 250 mm. Efisiensi Sistem maksimum sebesar 0,0049 % pada percobaan dengan 2 pemanas pada head pemompaan 1,2 m;

  φ 3/4 in x 250 mm.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Ignasius Kurniadi

  Nomor Mahasiswa : 035214012 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : POMPA AIR TENAGA

  

TERMAL DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL beserta perangkat yang

  dibutuhkan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan 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 saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 26 Februari 2008 Yang menyatakan

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas rahmat dan anugerah-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat tersusun dan dapat terselesaikan dengan lancar. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan yang berupa dorongan, motivasi, doa, sarana, materi sehingga dapat terselesaikannya Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya, antara lain :

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Teknik 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 Utama Tugas Akhir.

  4. Segenap staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis sehingga sangat berguna dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  5. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  6. Paijo, Ag, Yulius, Yakobus Ipnu dan teman-teman seperjuangan dalam pembuatan

  8. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

  Terima kasih.

  Yogyakarta, 28 Januari 2008 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL..........................................................................................................i HALAMAN PERSETUJUAN.........................................................................................iii HALAMAN PENGESAHAN..........................................................................................iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA................................……………..……..............v

  INTISARI………………..…..…………………………………..………………...........vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI..........................................vii KATA PENGANTAR…...….………………………………...……………………......viii DAFTAR ISI…..……….………………………………………………………...............x DAFTAR GAMBAR………………………………………………..............................xiii DAFTAR TABEL……….…………………………………..……………….…...........xvi

  BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang……..…………………………………………….…….......1 I.2 Rumusan Masalah………….…………………………………………........2 I.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………….... .....3 I.4 Manfaat Penelitian.........……………………………………………...........3 I.5 Batasan Masalah…………………..……………………………………….3 BAB II DASAR TEORI II.1 Prinsip Kerja………………………………………………………............4

  II.2.3 Efisiensi Evaporator ( ηE)...........…………………………................7

  II.2.4 Efisiensi Sistem ( η sistem

  )…………………….........…………............7

  II.3 Penelitian yang pernah Dilakukan...........……………………………........8

  BAB III METODE PENELITIAN III.1 Skema Alat…………………………………….……………..................10 III.2 Variabel yang Divariasikan…………………………………..................11 III.3 Variabel yang Diukur.........…………………………………...…...........11 III.4 Langkah Penelitian...........………………………………………............12 III.5 Pengolahan dan Analisa Data.......………………………………...........12 BAB IV HASIL PENELITIAN IV.1 Data Penelitian………….……………………………………................14 IV.1.1 Variasi head pemompaan dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200mm………………………………………...............14

  IV.1.2 Variasi head pemompaan dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250mm……...................................................................17

  IV.1.3 Variasi head pemompaan dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm……..................................................................19

  IV.1.4 Variasi pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm…......................................................................21

  IV.1.7 Pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas, evporator φ 3/8 in x 200 mm………………………....................26

  IV.2. Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan…….……………………28

  IV.3 Perhitungan Data……….…………………………………………........29

  IV.3.1 Perhitungan Efisiensi Sensibel Evaporator…………….................29

  IV.3.2 Perhitungan Efisiensi Laten Evaporator.........................................31

  IV.3.3 Perhitungan Efisiensi Evaporator……...........................................41

  IV.3.4 Perhitungan Daya Pemompaan………..........................................49

  IV.3.5 Perhitungan Efisiensi Sistem..........................................................57

  IV.4 Analisis Data……………………………………………………….......65

  IV.4.1 Grafik Variasi Head Pemompaan...................................................65

  IV.4.2 Grafik Variasi Pemanas..................................................................67

  IV.4.3 Grafik Variasi Evaporator..............................................................69

  IV.4.3.1 Variasi Diameter Evaporator.........................................69

  IV.4.3.2 Variasi Panjang Evaporator...........................................71

  IV.4.4 Grafik Pengaruh Air Pendingin......................................................72

  IV.4.5 Grafik Head Pemompaan, Evaporator 250 mm dengan 3 Pemanas.........................................................................74 BAB V PENUTUP

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Skema Alat Penelitian.................................................................................10Gambar 4.1 Grafik hubungan Efisiensi Laten Evaporator dengan Waktu pada Variasi Head Pemompaan...................................................................65Gambar 4.2 Grafik hubungan Efisiensi Evaporator dengan Waktu pada Variasi Head Pemompaan...................................................................65Gambar 4.3 Grafik hubungan Daya Pemompaan dengan Waktu pada Variasi Head Pemompaan..................................................................66Gambar 4.4 Grafik hubungan Efisiensi Sistem dengan Waktu pada Variasi Head Pemompaan...................................................................66Gambar 4.5 Grafik hubungan Efisiensi Laten Evaporator dengan Waktu pada Variasi Pemanas..................................................................................67Gambar 4.6 Grafik hubungan Efisiensi Evaporator dengan Waktu pada Variasi Pemanas..................................................................................67Gambar 4.7 Grafik hubungan Daya Pemompaan dengan Waktu pada Variasi Pemanas..................................................................................67Gambar 4.8 Grafik hubungan Efisiensi Sistem dengan Waktu pada Variasi Pemanas..................................................................................68Gambar 4.9 Grafik hubungan Efisiensi Laten Evaporator dengan WaktuGambar 4.11 Grafik hubungan Daya Pemompaan dengan Waktu pada Variasi Diameter Evaporator............................................................70Gambar 4.12 Grafik hubungan Efisiensi Sistem dengan Waktu pada Variasi Diameter Evaporator............................................................70Gambar 4.13 Grafik hubungan Efisiensi Laten Evaporator dengan Waktu pada Variasi Panjang Evaporator..............................................................71Gambar 4.14 Grafik hubungan Efisiensi Evaporator dengan Waktu pada Variasi Panjang Evaporator..............................................................71Gambar 4.15 Grafik hubungan Daya Pemompaan dengan Waktu pada Variasi Panjang Evaporator..............................................................71Gambar 4.16 Grafik hubungan Efisiensi Sistem dengan Waktu pada Variasi Panjang Evaporator..............................................................72Gambar 4.17 Grafik hubungan Temperatur T2, T3, dan T4 dengan Waktu pada Pengaruh Air Pendingin....................................................................72Gambar 4.18 Grafik hubungan Efisiensi Laten Evaporator dengan Waktu pada Pengaruh Air Pendingin....................................................................73Gambar 4.19 Grafik hubungan Efisiensi Evaporator dengan Waktu pada Pengaruh Air Pendingin....................................................................73Gambar 4.20 Grafik hubungan Waktu dengan Daya Pemompaan pada Pengaruh Air Pendingin....................................................................73Gambar 4.23 Grafik hubungan Efisiensi Sistem dengan

  Head Pemompaan, Evaporator 250 mm; 3 Pemanas……….....…………75

Gambar 4.24 Grafik hubungan Daya Pemompaan dengan

  Head Pemompaan, Evaporator 250 mm; 3 Pemanas………………...…..75

Gambar 4.25 Grafik hubungan dengan Efisiensi Sistem dengan

  Head Pemompaan, Evaporator 250 mm; 3 Pemanas…………….………75

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm…….................................14

Tabel 4.2 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 0,9 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm..........................................15

Tabel 4.3 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm..........................................16

Tabel 4.4 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm........................................17

Tabel 4.5 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm........................................18

Tabel 4.6 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 1/2 in x 250 mm........................................19

Tabel 4.7 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 1/2 in x 250 mm........................................20

Tabel 4.8 Data penelitian pompa air energi termal dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm.......................21

Tabel 4.9 Data penelitian pompa air energi termal dengan 4 pemanasTabel 4.11 Data penelitian pompa air energi termal dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm.......................24

  0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm..............................33

  1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm..............................35

Tabel 4.19 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaan

  1,2 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm..............................34

Tabel 4.18 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaan

  0,9 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm..............................34

Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaanTabel 4.16 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaanTabel 4.12 Data penelitian pompa air energi termal dengan evaporatorTabel 4.15 Data perhitungan daya input pada penelitian pompa air energi termal….....30

  evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................................................26

Tabel 4.14 Data penelitian pompa air energi termal pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas,

  φ 3/8 in x 250 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas.......................26

Tabel 4.13 Data penelitian pompa air energi termal dengan evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas.......................25

Tabel 4.20 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaanTabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada head pemompaan

  1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm..............................36

Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm.......................37Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan 4 pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm.......................37Tabel 4.25 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan 2 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm.......................38Tabel 4.26 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm.......................38Tabel 4.27 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas.......................39

Tabel 4.28 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator dengan evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas.......................39

Tabel 4.29 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas,

  evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................................................40

Tabel 4.30 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada head pemompaan 0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................41Tabel 4.33 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm........................................43Tabel 4.34 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm........................................43Tabel 4.35 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm........................................44Tabel 4.36 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm........................................44Tabel 4.37 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m, evaporator φ 3/8 in x 200 mm.......................45Tabel 4.38 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan 4 pemanas pada head pemompaan 1,1 m, evaporator φ 3/8 in x 200 mm.......................45Tabel 4.39 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan 2 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm.......................46Tabel 4.40 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm………….…..46Tabel 4.41 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas……………...47

Tabel 4.42 Hasil perhitungan efisiensi evaporator dengan evaporatorTabel 4.43 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas,

  evaporator φ 3/8 in x 200 mm……………………………………………....48

Tabel 4.44 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm………………………....49Tabel 4.45 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 0,9 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm………………………....50Tabel 4.46 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 1,2 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm…………………….…...50Tabel 4.47 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm………………………....51Tabel 4.48 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm……………………........51Tabel 4.49 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaportor φ 1/2 in x 250 mm……………………….….52Tabel 4.50 Hasil perhitungan daya pemompaan pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm………………………....52Tabel 4.51 Hasil perhitungan daya pemompaan dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m, evaporator φ 3/8 in x 200 mm……………...53Tabel 4.54 Hasil perhitungan daya pemompaan dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm……………...54Tabel 4.55 Hasil perhitungan daya pemompaan dengan evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas……………...55

Tabel 4.56 Hasil perhitungan daya pemompaan dengan evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas……………...55

Tabel 4.57 Hasil perhitungan daya pemompaan pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas,

  evaporator φ 3/8 in x 200 mm.......................................................................56

Tabel 4.58 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada head pemompaan 0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................57Tabel 4.59 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada head pemompaan 0,9 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................58Tabel 4.60 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada head pemompaan 1,2 m dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm........................................58Tabel 4.61 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm........................................59Tabel 4.62 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm........................................59

  Tabel 4. 65 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m, evaporator φ 3/8 in x 200 mm……………...61

Tabel 4.66 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan 4 pemanas pada head pemompaan 1,1 m, evaporator φ 3/8 in x 200 mm……………...61Tabel 4.67 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan 2 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm……………...62Tabel 4.68 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,2 m; evaporator φ 3/4 in x 250 mm………….…..62Tabel 4.69 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas……………...63

Tabel 4.70 Hasil perhitungan efisiensi sistem dengan evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm pada head pemompaan 1,1 m; 2 pemanas……………...63

Tabel 4.71 Hasil perhitungan efisiensi sistem pengaruh air pendingin selama 3 jam pada head pemompaan 1,1 m dengan 2 pemanas6

  evaporator φ 3/8 in x 200 mm……………………………………………....64

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan yang sangat vital dan tak tergantikan oleh bahan lain. Air diperlukan oleh masyarakat untuk minum, memasak, mencuci dan keperluan

  lainnya. Ketersediaan air di Indonesia sangat melimpah namun umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat air tersebut diperlukan (lokasi pemakaian) sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.

  Pompa air yang kita kenal umumnya digerakkan dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Energi minyak bumi telah lama bersahabat dengan kita, karena minyak bumi praktis dan mudah digunakan.

  Akan tetapi krisis energi saat ini mengajarkan kepada kita bahwa usaha serius untuk mengembangkan dan menerapkan sumber energi terbarukan guna mengurangi ketergantungan bahan bakar fosil perlu segera dilakukan. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk memompa air adalah dengan memanfaatkan sumber energi alam terbarukan, yang tergantung potensi di daerah tersebut. Beberapa sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan dan dinilai efisien adalah energi angin, energi air, ataupun energi surya. menggunakan sel surya atau menggunakan evaporator 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 evaporator termal merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air.

  Informasi tentang unjuk kerja evaporator termal 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 Rumusan Masalah

  Unjuk kerja pompa air energi termal tergantung pada lama waktu penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang diperlukan untuk penguapan tergantung pada efisiensi evaporator dalam mengumpulkan energi termal dan mengkonversikannya ke fluida kerja, juga tergantung pada sifat-sifat fluida kerja dalam sistem. Waktu yang diperlukan untuk pengembunan tergantung pada keefektifan kondensor dalam mendinginkan uap, hal ini meliputi metode pendinginan dan bentuk konstruksi kondensor.

  Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energi termal dengan menggunakan fluida kerja air pada beberapa variasi evaporator, daya pemanas dan

I.3 Tujuan Penelitian

  1. Menjajagi kemungkinan pembuatan pompa air energi termal menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal.

  2. Mengetahui debit, efisiensi evaporator dan efisiensi sistem (pompa) yang dapat dihasilkan.

3. Membandingkan hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain yang ada.

  I.4 Manfaat Penelitian 1. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal.

  2. Mendapatkan pengalaman tentang cara kerja pompa air energi termal.

  I.5 Batasan Masalah 1. Pompa air energi termal menggunakan panas dari pemanas spiritus.

  2. Fluida kerja yang digunakan adalah air.

  3. Evaporator yang digunakan yaitu pipa tembaga berdiameter 3/8 in, 1/2 in, dan 3/4 in dengan kemiringan 15 °.

  4. Kondensor yang digunakan yaitu pipa PVC 1 in x 350 mm.

  5. Pompa yang digunakan terdiri dari dua katup satu arah.

BAB II DASAR TEORI Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama, yaitu : evaporator, pompa air, dan kondensor. Evaporator yang digunakan umumnya evaporator pelat datar jenis pipa seri

  (serpentin) atau pipa pararel. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja dan menyalurkannya ke pompa. Pompa air yang digunakan umumnya pompa jenis membran.

  Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada saat langkah tekan air mengalir ke tangki atas dan tidak kembali ke sumber dan pada langkah hisap air yang dihisap adalah air dari sumber bukan air dari tangki atas. Kondensor yang digunakan dapat berbentuk tabung, koil atau rangkunan pipa. Kondensor berfungsi untuk mendinginkan uap yang berasal dari evaporator sehingga uap tersebut mengembun. Fluida kerja yang digunakan adalah air.

II.1 Prinsip Kerja

  Prinsip kerja dari pompa air energi termal yaitu evaporator dipanaskan dengan api (pemanas spiritus). Evaporator yang dipanasi membuat air dalam evaporator mendidih dan menguap, hal ini diikuti dengan kenaikan tekanan. Uap yang berada penurunan tekanan. Penurunan tekanan menyebabkan terjadinya vakum didalam sistem sehingga air dari sumber bisa masuk (tersedot) ke pompa melalui katup hisap.

  Sampai akhir proses ini dinamakan satu siklus, demikianlah selanjutnya proses tersebut di atas terjadi berulang-ulang.

  II.2 Efisiensi

  Efisiensi dari suatu alat adalah perbandingan dari keluaran yang dihasilkan dengan masukan yang diberikan. Unjuk kerja pompa air energi termal dinyatakan dengan efisiensi evaporator ( ). Efisiensi evaporator terdiri

  ηE) dan efisiensi sistem (η Sistem dari efisiensi sensibel evaporator ( ηS) dan efisiensi laten evaporator (ηL).

  II.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ηS)

  Efisiensi sensibel evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam evaporator dari temperatur awal sampai temperatur penguapan (untuk air sekitar

  O

  95 C) dengan jumlah energi yang disediakan selama selang waktu tertentu. Efisiensi sensibel evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

  mf . Cp . Δ T η S =

  (2.1)

  Δ ⋅

t Win Besarnya energi yang tersedia dapat dihitung dengan persamaan :

  t T Cp mf Win

  Δ

Δ

= . .

  (2.2) dengan mf : massa fluida kerja (kg) Cp : panas jenis fluida kerja (J/(kg°C)) ΔT : kenaikan temperatur air (°C) Δt

  : lama waktu pemanasan (detik)

II.2.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ηL)

  Efisiensi laten evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan fluida kerja dengan energi yang disediakan selama selang waktu tertentu. Efisiensi laten evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

  Win hfg mfg L .

  = η

  (2.3)

  dengan mfg : massa uap fluida kerja (kg/detik) hfg : panas laten air (J/kg) W in : daya input (watt)

  II.2.3 Efisiensi Evaporator ( ηE) Efisiensi evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang berguna (menaikkan temperatur dan menguapkan fluida kerja) dengan energi yang disediakan selama selang waktu tertentu atau efisiensi evaporator merupakan jumlah efisiensi sensibel evaporator dan efisiensi laten evaporator. Efisiensi evaporator dapat dihitung dengan persamaan : ηE = ηS + ηL (2.5)

  dengan ηS : efisiensi sensibel evaporator ηL : efisiensi laten evaporator

  II.2.4 Efisiensi Sistem ( ) η sistem Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan energi yang disediakan selama waktu tertentu.

  Efisiensi sistem dapat dihitung dengan persamaan : Wout

  η = (2.6) sistem

  Win

  dengan W out : Daya pemompaan (watt) W in : Daya input (watt) Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

  Wout = . g . Q . H (2.7)

  ρ

II.3 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

  2

  kerja pompa air energi surya termal dengan evaporator pelat datar seluas 1 m , variasi tinggi head pemompaan 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 pemompaan 6 m (Wong, 2000).

  Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketinggian head pemompaan 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 evaporator pelat datar

  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).

BAB III METODE PENELITIAN III.1 Skema Alat Skema pompa air energi termal dapat dilihat pada gambar berikut :

  Keterangan: 1.

  Tangki atas

  2. Saluran air menuju tangki atas 3.

  Katup tekan

  4. Manometer

  5. Katup hisap 6.

  Saluran air dari tangki bawah

  7. Tangki bawah 8.

  Tangki air pendingin

  9. Kondenser

  10. Evaporator 11.

  Pemanas

III.2 Variabel yang Divariasikan 1. Diameter evaporator divariasikan sebanyak 3 variasi : 3/8 in, 1/2 in, dan 3/4 in.

  2. Panjang evaporator divariasikan sebanyak 2 variasi : 200 mm dan 250 mm.

3. Daya pemanas divariasikan sebanyak 3 variasi :160 watt, 240 watt, dan 320 watt.

  4. Head pemompaan pemompaan divariasikan sebanyak 5 variasi : 0,8 m; 0,9 m; 1,1 m; 1,2 m dan 1,3 m.

  4. Temperatur fluida didalam tangki pendingin (T4).

  5. Head pemompaan pemompaan.

  6. Daya masukan yang diberikan.

  7. Lama waktu pencatatan data.

  8. Selang waktu pemanasan.

  9. Tekanan fluida kerja (hisap dan tekan).

  10. Debit pemompaan. Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel, dan pengukuran tekanan menggunakan manometer.

III.4 Langkah Penelitian 1.

  Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 3.1.

  2. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan head pemompaan.

  3. Pengambilan data dilakukan sebanyak 6 data tiap 10 menit.

  4. Pada variasi salah satu parameter, harga parameter yang lain tetap.

  5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk variasi berikutnya alat didiamkan beberapa saat agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan pengambilan data untuk variasi yang lain.

  6. Pada penelitian ini juga diamati pengaruh pendinginan, dengan cara menjalankan pompa selama 3 jam dan pengambilan data dilakukan setiap 10 menit. dengan persamaan (2.7). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik :

  1. Hubungan efisiensi laten evaporator, efisiensi evaporator, daya pemompaan dan efisiensi sistem dengan waktu.

  2. Hubungan temperatur T2, T3 dan T4 dengan waktu.

  3. Hubungan efisiensi laten evaporator, efisiensi evaporator, daya pemompaan dan efisiensi sistem dengan head pemompaan.

BAB IV HASIL PENELITIAN IV.1 Data Penelitian IV.1.1 Variasi head pemompaan dengan 2 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 200 mm.

1. Head pemompaan 0,8 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 20 September 2007 Pukul : 10.29 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida

  Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus

  Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.1 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 0,8 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 31,7 26,7 27,7 26,5 10 6,0000x10

• 7

  94,0 26,8 32,6 25,8 0,25 1,25

2. Head pemompaan 0,9 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 20 September 2007 Pukul : 09.01 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.2 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 0,9 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 29,3 26,3 27,3 27,3 10 4,1666x10

• 7
• 7
• 7
• 7
• 7
• 7

  92,5 26,5 32,7 26,7 0,25 1,25 20 4,3333x10

  92,3 26,8 33,2 27,5 0,25 1,25 30 4,3333x10

  80,1 26,8 32,9 28,2 0,25 1,25 40 3,8333x10

  82,3 27,0 30,0 28,7 0,25 1,25 50 4,0000x10

  85,4 27,4 33,2 28,9 0,25 1,25 60 3,8333x10

  80,2 27,5 33,2 29,4 0,25 1,25

3. Head pemompaan 1,2 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 20 September 2007 Pukul : 11.41 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.3 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 2 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 200 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 29,3 26,5 27,5 27,1 10 1,6666x10

• 7
• 7
• 7
• 7
• 7
• 7

  95,5 27,7 34,3 27,1 0,25 1,5 20 1,8333x10

  93,2 28,0 34,3 28,1 0,25 1,5 30 1,6666x10

  94,3 28,1 34,1 29,1 0,25 1,5 40 2,0000x10

  94,4 28,2 34,7 29,4 0,25 1,5 50 1,6666x10

  93,3 28,5 34,8 29,4 0,25 1,5 60 1,5000x10

  91,9 28,5 34,2 29,6 0,25 1,5

IV.1.2 Variasi head pemompaan dengan 3 pemanas, evaporator φ 3/8 in x 250 mm.

1. Head pemompaan 1,2 m

  Hari/Tanggal : Senin, 1 Oktober 2007 Pukul : 10.52 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.4 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 32,0 26,0 28,0 30,2 10 3,0000x10

• 7
• 7
• 7
• 7
• 7

  95,6 26,1 35,4 30,7 0,25 1,75 20 4,0000x10

  95,8 28,1 35,4 32,0 0,25 1,75 30 4,5833x10

  96,5 28,5 35,6 32,8 0,25 1,75 40 3,0000x10

  96,2 28,6 36,8 33,5 0,25 1,75 50 3.3333x10

  96,8 29,8 37,5 33,9 0,25 1,75

2. Head pemompaan 1,3 m

  Hari/Tanggal : Senin, 1 Oktober 2007 Pukul : 11.56 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.5 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 3/8 in x 250 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 39,2 29,4 32,2 34,8 10 1,2500x10

• 7
• 7
• 7
• 7
• 7
• 7

  97,3 30,3 38,9 34,7 0,25 1,75 20 2,5000x10

  97,6 32,3 39,0 35,4 0,25 1,75 30 2,0833x10

  97,5 33,1 39,3 36,1 0,25 1,75 40 2,0000x10

  96,8 32,0 39,6 36,6 0,25 1,75 50 1,6666x10

  96,7 32,2 40,4 37,4 0,25 1,75 60 1,6666x10

  92,5 33,2 40,4 37,8 0,25 1,75

IV.1.3 Variasi head pemompaan dengan 3 pemanas, evaporator φ 1/2 in x 250 mm.

1. Head pemompaan 1,2 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 4 Oktober 2007 Pukul : 09.30 WIB

  Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.6 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,2 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 1/2 in x 250 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max.

  3

  (menit) (m /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 28,1 28,0 28,0 27,7

• 7

  10 5,1666x10 90,0 29,4 36,1 26,9 0,25 1,75

• 7

  20 5,8333x10 90,6 28,0 37,0 27,3 0,25 1,75

• 7

  30 4,1666x10 90,5 28,4 37,2 27,4 0,25 1,75

• 7

  40 3,3333x10 85,8 28,3 36,3 28,9 0,25 1,75

• 7

  50 4,1666x10 86,2 29,1 37,4 31,3 0,25 1,75

• 7

  60 4,1666x10 89,4 28,4 36,8 32,8 0,25 1,75

2. Head pemompaan 1,3 m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 34,5 28,9 31 33,6 10 1,6666x10

  Hari/Tanggal : Kamis, 4 Oktober 2007 Pukul : 10.42 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.7 Data penelitian pompa air energi termal pada head pemompaan 1,3 m dengan 3 pemanas, evaporator

  φ 1/2 in x 250 mm. Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

• 7

  87,4 28,9 37,1 34,4 0,25

  2 20 3,0000x10

• 7
• 7

  2 30 3,3333x10

  89,1 30,8 37,7 36,5 0,25

  2 40 3,0000x10

• 7
• 7
• 7

  90,5 31,4 39,2 36,6 0,25

  2 50 3,0000x10

  84,2 32,2 39,4 36,9 0,25

  2 60 3,0000x10

  90,7 32,4 40,2 37,5 0,25

  2

  91,2 29,3 38,9 35,0 0,25

IV.1.4 Variasi pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm.

1. Dengan 3 pemanas

  Hari/Tanggal : Sabtu, 22 September 2007 Pukul : 10.03 WIB Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida kerja : Air Pemanas : Pemanas Spiritus Evaporator : Pipa Tembaga, kemiringan 15 ° Kondensor : Pipa PVC 1 in x 350 mm

Tabel 4.8 Data penelitian pompa air energi termal dengan 3 pemanas pada head pemompaan 1,1 m; evaporator φ 3/8 in x 200 mm.

  Waktu Debit T1 T2 T3 T4 P min. P max. (menit) (m

  3

  /s) (°C) (°C) (°C) (°C) (psi) (psi) 0 0 28,4 28,2 28,9 28,4 10 2,6666x10

• 7
• 7
• 7
• 7
• 7
• 7

  96,5 27,7 36,5 26,7 0,25 2 20 3,0000x10