POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN POMPA MEMBRAN DENGAN FLUIDA KERJA ALKOHOL TUGAS AKHIR - Pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja alkohol - USD Repository

  ! " # $%&'()$()

  , , , - ,

• ! "

  # $ % &

  ' ! "

  " ./ " 0 / # $%&'()$()

  !!" #

  ! " # $

  $ % % %

  & % %

  ' $ ( ) ! * # $

• ( , - ! . / $ "

  # $ .

  1 2 ( " * % $ % % # 3 4 # $

  % %

  8 %

• 9

  6 +::0 % % %

  ': % %

  % 6 % %

  % % % 4 % %

  %

• 7 +::8

  ! " #!

  $ % # #& " '# '( )

  !"#$ #$ % & % & ' &

  

(%) %* * + , ,+- ,+ *. , -- */* %) %* , 0+*

, -* 1. * /,+2* *./)3).4 & 5 &

  67 % & & & & & & &

  8 & & & ' & &

  8 & 7

  7

  7 % & "9 * " :

  7

  HALAMAN JUDUL …………………………………………………………. i TITLE PAGE .………………………………………………………………… ii LEMBAR PENGESAHAN ………………...…………………………..…… iii SUSUNAN DEWAN PENGUJI ................................................................. iv LEMBAR PERNYATAAN …………………………………………..……... v KATA PENGANTAR ………………………………………………………... vi

  ) …………………. 5

  

sistem

  2.2.4 Efisiensi Sistem (η

  ) …………………………………. 8

  

C

  2.2.3 Efisiensi Kolektor (η

  ) …............………………. 6

  L

  2.2.2 Efisiensi Laten Evaporator (η

  S

  INTISARI ……………………………………………...………………….. viii DAFTAR ISI …………………………………………………………………. ix DAFTAR GAMBAR ……………………………………...…………………. xii DAFTAR TABEL …………………………………....…………….……… xv DAFTAR ISI LAMPIRAN ............................................................................. xvii

  2.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator (η

  2.2 Efisiensi……………............……………………………………. 5

  2.1 Prinsip Kerja …………………………………………………. 5

  BAB II LANDASAN TEORI …………………………………………. 4

  1.4 Batasan Masalah …………………………………………. 3

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

  1.2 Rumusan Masalah …………………………………………. 2

  1.1 Latar Belakang …………………………………………….…… 1

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

  ) …………………………………. 8

  3.4 Langkah Penelitian …………………………………………. 13

  4.3.1 Perhitungan Efisiensi Sensibel Evaporator (η

  ) …………. 32

  L

  4.3.2 Perhitungan Efisiensi Laten Evaporator (η

  4.3.1.3 Perhitungan Efisiensi sensibel tanpa membran........31

  4.3.1.2 Perhitungan Efisiensi sensibel dengan membran dan fluida kerja air....................................................31

  4.3.1.1 Perhitungan Efisiensi sensibel dengan membran dan fluida kerja alkohol............................................30

  ) …………. 28

  S

  4.3 Perhitungan Data …………………………………………. 28

  3.5 Pengolahan dan Analisa Data …………………………………. 13

  4.2 Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan …………………. 27

  4.1.6 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan head 1710mm tanpa membran ……............................……. 25

  4.1.5 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan head 1030mm tanpa membran...........................…….……. 23

  4.1.4 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan fluida kerja air head 1710mm menggunakan membran....... …………. 21

  4.1.3 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan fluida kerja air head 1030mm menggunakan membran ……….......…. 19

  4.1.2 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan fluida kerja alkohol head 1710mm menggunakan membran …………. 17

  4.1.1 Data Penelitian pompa air tenaga termal dengan fluida kerja alkohol head 1030mm menggunakan membran.................. 15

  4.1 Data Penelitian ………………............…………………………. 15

  BAB IV HASIL PENELITIAN …………………………………………. 15

  4.3.2.1 Perhitungan Efisiensi laten dengan membran dan

  4.3.3.1 Perhitungan Efisiensi evaporator dengan membran dan fluida kerja alkohol.........................38

  ) …................……. 43

  5.2 Saran …………........................………………………………. 70

  5.1 Kesimpulan …………............………………………………. 69

  BAB V PENUTUP ……………………........................……………………. 69

  4.4 Analisis Data …………............………………………………. 46

  4.3.5.3 Perhitungan Efisiensi sistem tanpa membran........45

  4.3.5.2 Perhitungan Efisiensi sistem dengan membran dan fluida kerja air.................................................44

  4.3.5.1 Perhitungan Efisiensi sistem dengan membran dan fluida kerja alkohol.........................................43

  sistem

  4.3.3.2 Perhitungan Efisiensi evaporator dengan membran dan fluida kerja air................................39

  4.3.5 Perhitungan Efisiensi Sistem (η

  4.3.4.3 Perhitungan Daya pompa tanpa membran.............42

  4.3.4.2 Perhitungan Daya Pompa dengan membran dan fluida kerja air.................................................41

  4.3.4.1 Perhitungan Daya Pompa dengan membran dan fluida kerja alkohol.........................................41

  ) ……................…............. 40

  out

  4.3.4 Perhitungan Daya Pompa (W

  4.3.3.3 Perhitungan Efisiensi evaporator tanpa membran......................................................39

  5.3 Penutup ………............…............………………………………. 70 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………. 71 LAMPIRAN …………………........................………………………………. 72

  ! ! " " # $

  ! ! % " & ! " " $" ! % " $$

  ' ! " " $

  # ! % " $#

  % ! ( ( ( ( ) * ! #

  & ! ( ( ) * ! %

• ! ( ( ) *

  ! & " ! , *

  ! + ! ( ( ( ( *

  ! '" $ ! ( ( ( ( )

  ! ( ( ) ,

  ! '

  ' ! ( ( ( ( ,

  ! '

  # ! ( ( ( ( ) ! '' % ! ( ( ) ! '# & ! ( ( ) ! '%

• ! , ! '& $" ! ( ( ( ( ! '+ $ ! ( ( ( ( ) * #" $$ ! ( ( ) * # $ ! ( ( ) * #$ $ ! , * #

  $' ! ( ( ( ( * # $# ! ( ( ( ( ) ,

  #' $% ! ( ( ) , ## $& ! ( ( ) , #% $+ ! ( ( ( ( , #&

  !"! # $

  % ! & " '

  ( !"! $!

  ) ' !"! $

  # % ! $$

  % ' * % ! $"

  & !"!

  $ (

  % ! $#

  ! ' * % !

  $# , , , , !"! +

  "! $ + , , , , % !

  "!

  ) + , , , , !"! "

  # + , , , , % ! "$

  % + , , !"! ")

  & + , , % ! ")

  ( + , , !"! "#

  $! + , , , , % ! "#

  $ + , , !"! "% $$ + , , % ! "% $" + , , !"!

  "& $ + , , % !

  "& $) + , , !"!

  "( $# + , , % !

  "( $% + , , !"!

  "( $& + , , % !

  !

• " ' !"! "$ + ' % !

  $ "" + ' !"! $

• " ' + % ! $ ") + , , , , !"!

  " "# + , , , , % ! "% + , , - , !"! "& + , , - , % ! "( + , , - , !"! )

  ! + , , , , % ! )

  ! " # $ #

• % & $ ' ( ) #
• ! ' $

  ! "

  # &

  ' #

  # !

  # (

  # ) ) # ! # $ #

  # ( # # !

  $ ! # ) # +

• !

  ,

• & !.* !/ 1 .!2

  " #

• $ -

  BAB II LANDASAN TEORI Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama yaitu: (1) evaporator, (2) pompa air dan (3) kondenser. Kolektor atau evaporator yang digunakan umumnya kolektor pelat datar jenis pipa seri (serpentin) atau pipa pararel. Pompa air yang digunakan umumnya pompa jenis membran. Kondensor yang digunakan dapat berbentuk tabung, koil atau rangkunan pipa.

  Kolektor berfungsi sebagai evaporator, yakni menguapkan fluida kerja 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 kondensor kemudian 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 kondensor) 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

  2.1 Prinsip Kerja Prinsip kerja dari pompa air tenaga termal sederhana yaitu panas api dari kompor memanaskan dan menguapkan air 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 (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk dalam pompa dan dipanaskan kembali.

  2.2 Efisiensi Efisiensi dari suatu alat adalah perbandingan dari keluaran yang dihasilkan dengan masukan yang diberikan. Unjuk kerja pompa air tenaga termal dinyatakan dengan efisiensi evaporator (η ) dan efisiensi sistem (η ). Efisiensi evaporator

  E Sistem terdiri dari efisiensi sensibel evaporator (η ) dan efisiensi laten evaporator (η ).

  S L

  2.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator (η )

  

S

  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 alkohol dengan : C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

  P

  W : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator (W)

  in

  m : massa fluida kerja (kg)

  f

  T : kenaikan temperatur air (C) 4t :selang waktu yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur air mencapai sekitar (94

  C) Besarnya energi yang tersedia dihitung dengan cara memanaskan sejumlah air dalam panci kemudian selang beberapa waktu di ukur temperaturnya. Pengukuran daya input dilakukan secara terpisah yaitu setelah pengambilan data kerja pompa selesai. ₁ . . ₁

  = (2) ₁ dengan : W : daya input (watt)

  in

  m : massa fluida kerja (kg)

  f

  m : massa fluida untuk pengukuran daya input (kg)

  f1

  C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.°C))

  P

  T : kenaikan temperatur alkohol (°C) T : kenaikan temperatur alkohol pada pengukuran daya input (°C)

  1

  2.2.2 Efisiensi Laten Evaporator (η )

  L

  evaporator

  Efisiensi laten didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah

  yang

  energi yang digunakan dalam proses penguapan fluida kerja dengan energi

  disediakan evaporator

  selama waktu tertentu. Efisiensi laten dapat dihitung dengan persamaan :

  .

  (3) η =

  dengan :

  m : massa uap fluida kerja (kg/detik)

  g

  h : panas laten air (J/(kg))

  fg

  W : daya input (watt)

  in

  Massa uap fluida kerja (m ) dapat dihitung dengan:

  g

  = ρ ⋅ (4) dengan:

  3

  ρ : massa jenis uap (kg/m )

  Fraksi uap (X) didefinisikan sebagai banyaknya massa kandungan uap dalam massa alkohol. Fraksi uap dapat dihitung dengan persamaan : X =

  (6) dengan : m : massa uap (kg)

  g

  m : massa alkohol total mula%mula dalam evaporator (kg)

  alkohol

  2.2.3 Efisiensi Evaporator (η )

  E Efisiensi evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi

yang berguna (menaikkan temperatur dan menguapkan fluida kerja) dengan energi yang

disediakan selama waktu tertentu atau efisiensi evaporator merupakan jumlah efisiensi

sensibel dan efisiensi laten evaporator . Efisiensi evaporator dapat dihitung dengan

persamaan : η E = η S + η L (7)

  dengan: : efisiensi sensibel evaporator

  η

  S

  η : efisiensi laten evaporator

  L

  2.2.4 Efisiensi Sistem (η )

  sistem Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: = . . . (9)

  ρ dengan:

  3

  : massa jenis air (kg/m ) ρ

  2

  g : percepatan gravitasi (m/detik )

  H : head pemompaan (m)

  2.3 Tinjauan Pustaka 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 17% lebih

  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 pelat datar

  2

  sederhana seluas 1 m , fluida kerja menghasilkan kapasitas 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).

  ! " # $

  " % $

  ) $

• ' (

  % ,

  $ %

  ' % (

  ) ,

  , $

  # ' .

  / # , # # $

  " 3 # #

  4

  5 2 "

  ,

  3

  6

  7 " # 2 #

  1 " # (

  # 3 # "

  1 , 2 , 0$ # 4 2 "

  #

  2

• 8 9 #

  2

  9 #

  BAB IV HASIL PENELITIAN

  4.1 Data Penelitian Kita akan mengetahui data yang telah diambil dengan variasi yang berbeda. Pengambilan data tiap variasi hanya dilakukan sekali saja.

  4.1.1 Data Penelitian pompa air energi termal dengan fluida kerja alkohol head 1030 mm menggunakan membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 13 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air dengan membran. Fluida kerja = Alkohol Lama uji coba = 95 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 11.20 WIB kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Kemiringan Evaporator = 180° Pompa air sudah dijalankan selama ± 70 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 72,567 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Panas termal menggunakan kompor minyak tanah. Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran.

  2 T

  1

  1030mm T

  2

  1 330mm

Gambar 4.1 Skema pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja alkohol head 1030 mm.Tabel 4.1 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja alkohol head 1030 mm.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi)

  Sudah berjalan ± 20 menit

  68.3

  76.4

  2

  0.9 Ditopang 11:51 – kran 1 : buka penuh 1 3750

  68

  76.6

  2

  0.9 12:01 kran 2 : buka penuh

  12:01 – kran 1 : buka penuh 2 3300

  67.4

  76.2

  2

  0.8 12:11 kran 2 : buka penuh

  12:11 – kran 1 : buka penuh 3 3300

  67.3

  79.1

  2

  0.8

  4.1.2 Data Penelitian pompa air energi termal dengan fluida kerja alkohol head 1710 mm menggunakan membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida.

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 12 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air dengan membran. Fluida kerja = Alkohol. Lama uji coba = 125 menit. Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 11.15 WIB. kondensor menggunakan tabung tembaga. Kemiringan Evaporator = 180°. Pompa air sudah dijalankan selama ± 75 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 72,933 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Panas termal menggunakan kompor minyak tanah. Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran.

  2 T

  1

  1710mm T

  2

  1 330mm

Gambar 4.2 Skema pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja alkohol head 1710 mm.Tabel 4.2 Data penelitian pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja alkohol head 1710 mm.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi)

  Sudah berjalan ± 75 menit

  69.1

  76.9

  3

  1 kran 1 : buka penuh 12:43 – 1 2550

  68.8

  77.6

  3

  1 12:53 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka penuh

  12:53 – 2 2650

  69.1

  77.3

  3

  1 13:03 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka penuh

  13:03 – 3 2450

  69

  76.3

  3

  1

Tabel 4.3 Data pengambilan daya kompor

  Waktu T B T Bt m W

  f1 in o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt) 27,5

  5 2 35,6 8,1 120 283,5 4 41 13,5 240 236,25

  1 6 46,8 19,3 360 225,167 8 51,6 24,1 480 210,875 10 58,1 30,6 600 214,2

  W rata5rata

  in

  233,998

  4.1.3 Data Penelitian pompa air energi termal dengan fluida kerja air head 1030 mm menggunakan membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 13 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air dengan membran. Lama uji coba = 80 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 13.30 WIB kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Kemiringan Evaporator = 180° Pompa air sudah dijalankan selama ± 30 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 89.858 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm.

  2 T

  1

  1030mm T

  2

  1 330mm

Gambar 4.3 Skema pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja air head 1030 mm.Tabel 4.4 Data penelitian pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja air head 1030 mm.

  P P Volume T T

  1

  

2

Waktu tekan Hisap Keterangan

  No

  o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) Sudah berjalan ± 30 menit 89,7 87,8 2 52,5 kran 1 : buka ½

  1 14:14 – 14:24 2200 90,2

  90 2 52,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 2 14:24 – 14:34 2250 89,6

  90 2 52,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 3 14:34 – 14:44 2250 89,9

  90 2 52,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

Tabel 4.5 Data pengambilan daya kompor

  Waktu T B T Bt m W

  f1 in o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt) 26,6

  5

  2 38 11,4 120 399 4 49,4 22,8 240 399 1 6 58,4 31,8 360 371

  8 68 41,4 480 362,25 10 75,9 49,3 600 345,1 W rata5rata

  in

  375,27

  4.1.4 Data Penelitian pompa air energi termal dengan fluida kerja air head 1710 mm menggunakan membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 11 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air dengan membran. Lama uji coba = 95 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 10.45 WIB kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Kemiringan Evaporator = 180° Pompa air sudah dijalankan selama ± 45 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 93.808 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm.

  2 T

  1

  1710mm T

  2

  1 330mm

Gambar 4.4 Skema pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja air head 1710 mm.Tabel 4.6 Data penelitian pompa air energi termal menggunakan pompa membran dengan fluida kerja air head 1710 mm.

  P P No Waktu

  Keterangan Volume T T Tekan Hisap

  1

  

2

o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 45 menit 93,6 91,3 2,5

  52 Ditopang kran 1 : buka ½ 1 11:39 5 11:49 1800 96,1 91,7 2,5

  52 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 2 11:49 5 11:59 1750 96,6 91,3 2,5

  52 kran 2 : buka penuh

Tabel 4.7 Data pengambilan daya kompor

  Waktu T B T Bt m W

  f1 in o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt) 26,8

  5 2 38,8 12 120 420 4 49 22,2 240 388,5

  1 6 58,1 31,3 360 365,167 8 66,2 39,4 480 344,75 10 73,2 46,4 600 324,8

  W rata5rata

  in

  368,643

  4.1.5 Data Penelitian pompa air energi termal dengan head 1030 mm tanpa membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 5 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba = dilakukan dalam 2 sesi yaitu: a. Percobaan pertama selama 120 menit.

  b. Percobaan kedua selama 90 menit. Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan

  Pengamatan dilakukan pada pukul 10.00 WIB Tabung penampung air/kondensor menggunakan tabung tembaga. Pompa air sudah dijalankan selama ± 30 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 86,2 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch.

Gambar 4.5 Skema pompa air energi termal dengan head 1030 mm tanpa membran.

  1 kran 2 : buka penuh

  1 X1

  2

  330mm T2 T1

  5 Kran 1 : buka ½ 1030mm

  380

  1 kran 2 : buka penuh

  5 Kran 1 : buka ½ 3 17:12 5 17:22 900 94 96,3 1,5

  380

  2 17:02 5 17:12 600 94,6 96,8 1,5

Tabel 4.8 Data penelitian pompa air energi termal dengan head 1030 mm tanpa membran.

  5 Kran 1 : buka ½

  380

  Kran 1 : buka ½ 1 16:52 5 17:02 1250 89,9 94,6 1,5 1 kran 2 : buka penuh

  X2 (mm)

  X1 (mm)

  1 ditopang

  (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) Keterangan sudah berjalan ± 30 menit 92,6 93,6 1,5

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  X2

  4.1.6 Data Penelitian pompa air energi termal dengan head 1710 mm tanpa membran.

  Tempat Percobaan = Laboratorium Mekanika Fluida Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tanggal = 14 September 2007. Jenis Pompa = Pompa air tanpa membran. Lama uji coba = 60 menit

  Hasil dari pengamatan yang diperoleh selama percobaan Pengamatan dilakukan pada pukul 09.50 WIB kondensor menggunakan tabung tembaga.

  Kemiringan Evaporator = 180° Pompa air sudah dijalankan selama ± 10 menit. Temperatur evaporator (T rata5rata) = 92.1 C. Jumlah evaporator = 3 buah. Diameter evaporator = ½ inch. Panjang evaporator = 70 cm. Panas termal menggunakan kompor minyak tanah Pendinginan tabung pompa menggunakan air keran

  2

  1 T1 T2 1710mm

  330mm

Gambar 4.6 Skema pompa air energi termal dengan head 1710 mm tanpa membranTabel 4.9 Data penelitian pompa air energi termal dengan head 1710 mm tanpa membran.

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 10 menit

  87

  96

  2.5

  3 kran 1 : buka ½ 1 10:08 5 10:18 1600

  88

  94

  2

  3 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 2 10:18 5 10:28 1450

  89 96,6

  2

  2 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 3 10:28 5 10:38 1350 88,4

  97 2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 4 10:38 5 10:48 1350 89,8 95,2

  2 1,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 5 10:48 5 10:58 1300 91,2 92,2

  2

  1 kran 2 : buka penuh B T Waktu Q T awal 26,4

  T 8 menit 67,8 41,4 480 362.250 T 10 menit 74,9 48,5 600 339.500

  Q rata5rata 363,067

  4.2 Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan Asumsi yang digunakan untuk menghitung efisiensi sensibel evaporator :

  Volume fluida yang dipanasi adalah volume air dan alkohol dalam evaporator Massa air mula5mula yang dipanasi = 0,9 kg

  o o

  Titik didih air 100 C dan titik didih alkohol 78 C

  o

  Selisih suhu adalah hasil pengurangan dari 100 C dengan rata – rata suhu terukur (T dan T )

  1

  Selang waktu pemanasan pada kondensor tabung tembaga 60 detik Jika daya input (api) tidak di ukur maka daya input (api) dianggap 365 watt

  Asumsi yang digunakan untuk menghitung efisiensi laten evaporator : Massa fluida yang diuapkan adalah massa fluida yang dipompakan per satuan waktu Perhitungan menggunakan tabel saturated water dan berdasarkan pada tekanan P tekan Faktor difusivitas (perambatan panas) lambat

  4.3 Perhitungan Data

  4.3.1 Perhitungan Efisiensi sensible evaporator 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 94

  C) dengan jumlah energi termal yang diberikan selama interval waktu tertentu.

  BT m .C .

  f P

  Bt η =

  S

  

W

  in dengan : C : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

  P

  W : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator (W)

  in

  m : massa fluida kerja (kg)

  f

  T : kenaikan temperatur air (C) Bt :selang waktu yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur air mencapai sekitar (94

  C) Asumsi

  1. Massa fluida kerja didekati dengan massa fluida yang terdapat dalam evaporator .

  2. Massa fluida dicari dengan menggunakan persamaan Volume fluida dalam evaporator dikalikan dengan massa jenis cairan. ₂ π 3. Volum fluida didapat dengan . . =

  4

  6. Selisih suhu diambil dari titik didih alkohol yang diasumsikan dengan 78 C dikurangi dengan temperature rata5rata dalam evaporator Diketahui :

  Diameter pipa evaporator = 0.5 in = 12,5 mm = 0,0125 m Panjang evaporator pipa evaporator = 700 m = 0,7 m

  3 Massa jenis air = 1000 kg/m

  Jumlah pipa evaporator = 3 batang _{2 .}

  π

Volum = =

  4 Dengan V = volume evaporator D = diameter pipa evaporator L = panjang pipa evaporator n = Jumlah pipa evaporator ₂ 3 . /

  4 ( . 0125 ) .

  7 = π

  3

  = 0.000257578125 m Massa fluida = .

  ρ Dengan V= volume evaporator

  ρ = massa jenis fluida _{3 3} Massa fluida = . * 0002575812 5 1000 / Massa fluida = 0.2575 kg.

• Panas jenis air / Cp = 2400 J/kg°C
• Selisih suhu :

  % 100 = η

  20 0,258 2400 71,8 6,2 60 233.9983 27.3438

  20 0,258 2400 73,2 4.8 60 233.9983 21.1694

  10 0,258 2400 73,2 4.8 60 233.9983 21.1694

  (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%)

  Eff. Sensibel (menit)

  in

  Cp Trata5rata BT Bt W

  f

  Waktu m

Tabel 4.12 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1710 mm

  50 0,258 2400 73,55 4,45 60 233.9983 19.6258

  40 0,258 2400 72,2 5,8 60 233.9983 25.5797

  30 0,258 2400 73,2 4,8 60 233.9983 21.1694

  10 0,258 2400 72,3 5,7 60 233.9983 25.1386

  = % 100 233 9983 . det

  (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%)

  Eff. Sensibel (menit)

  in

  Cp Trata5rata BT Bt W

  f

  Waktu m

Tabel 4.11 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1030 mm

  4.3.1.1 Perhitungan Efisiensi sensibel dengan membran dan fluida kerja alkohol

  = 25,139% Dengan perhitungan yang sama diperoleh :

  ο ο

  5 / 2400 258 ,

  60 7 ,

  30 0,258 2400 72,65 5.35 60 233.9983 23.595

  4.3.1.2 Perhitungan Efisiensi sensibel dengan membran dan fluida kerja air Tabel 4.13 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1030 mm.

  Waktu m Cp Trata5rata BT Bt W Eff. Sensibel

  f in

  (menit) (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%)

  10 0,258 4200 90,1 9,9 60 375,27 47,57

  20 0,258 4200 89,8 10,2 60 375,27 49,01

  30 0,258 4200 89,95 10,05 60 375,27 48,29

  40 0,258 4200 90,6 9,4 60 375,27 45,16

  50 0,258 4200 89,95 10,05 60 375,27 48,29 Tabel 4.14 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1710 mm.

  Waktu m Cp Trata5rata BT Bt W Eff. Sensibel

  f in

  (menit) (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%) 10 0,258 4200 93,9 6,1 60 368,643 29,84 20 0,258 4200 93,95 6,05 60 368,643 29,59 30 0,258 4200 94,9 5,1 60 368,643 24,94 40 0,258 4200 93,45 6,55 60 368,643 32,04 50 0,258 4200 94,2 5,8 60 368,643 28,37

  4.3.1.3 Perhitungan Efisiensi sensibel tanpa membran.

Tabel 4.15 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1030 mm

  Waktu m Cp Trata5rata BT Bt W Eff. Sensibel

  f in

  (menit) (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%) 10 0,258 4200

  92.25

  7.75 60 365 38.283872 20 0,258 4200

  95.7

  4.3 60 365 21.2413741 30 0,258 4200

  95.15

  4.85 60 365 23.9582941

Tabel 4.16 Perhitungan Efisiensi sensibel pada head 1710 mm

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

  )

  3

  ⋅ = ρ dengan: ρ : massa jenis uap (kg/m

  : massa uap fluida kerja (kg) Massa uap fluida kerja (m) dapat dihitung dengan:

  g

  : panas laten air (J/(kg)) m

  fg

  : kalor yang digunakan untuk memanaskan evaporator (Watt) h

  in

  dengan : W

  η

  . =

  8.3 60 363.067 41.219

  Waktu m

  91.7

  7.5 60 363.067 37.246 50 0,258 4200

  92.5

  92.7 7.3 60 363.067 36.253 40 0,258 4200

  7.2 60 363.067 35.756 30 0,258 4200

  92.8

  9 60 363.067 44.695 20 0,258 4200

  91

  Eff. Sensibel (menit) (kg) (J/kg°C) (°C) (°C) (s) (watt) (%) 10 0,258 4200

  in

  Cp Trata5rata BT Bt W

  f

  3

• Debit air pemompaan =
• Volume spesifik saturated vapor ( ) dicari dengan interpolasi linier : 6729 ,

  3

  1 = 0,6698 kg/m

  3

  g

  = Q . ρ = 6,25.10

  56

  m

  /s . 0,6698 kg/m

  1 = 493 ,

  3

  = 4,18625.10

  56

  kg/s

  fg

  ) dicari dengan interpolasi linier , 2257 101 35 ,

  115 14 , −

  1

  /kg

  = −

  3

  4. Volume uap air dalam evaporator didekati dengan volume air yang keluar.

  5. Nilai panas laten ( hfg ) didekati dengan tekanan kerja pompa. 6. farksi uap dalam evaporator=

  7. M total adalah massa air yang ada di evaporator Diketahui : Tekanan P tekan = 2 psi (terukur) = 115.14 kPa (absolut)

  10 3750

  = 375 ml/menit = 6,25.10

  56

  m

  /s

  

3

  , 1 4194

  1 6729 , 1 101 35 ,

  120 82 , 101 35 , 115 14 ,

  − −

  = −

  − ν

  13,79 (50,2535 ) = ( – 1,6729)(19,47) 5 3,49577 = 19,47 532,571363 ! 1,493 m

• Massa jenis (ρ) =
• Massa fluida yang diuapkan per satuan waktu m
• Panas laten (h

• Daya input (W
• Efisiensi Laten Evaporator (η
• Fraksi uap (X)

  ) : m

  = % 100 000258 ,

  = 0.00025117 kg X = % 100 ^/

  10 3750

  " = 6698 ,

  = ρ

  g/per siklus

  g/per siklus

  in

  Massa uap yang dihasilkan per siklus(m

  4 ^{6 −} = 4,021 %

  , 186 10 . 2247 58 ,

  η = % 100 233 998 ,

  ) % 100 =

  L

  ) = 233,998 watt

  00025117 , = 0.97512282 % Dengan perhitungan yang sama diperoleh :

  4.3.2.1 Perhitungan Efisiensi laten dengan membran dan fluida kerja alkohol Tabel 4.17 Perhitungan Efisiensi laten pada pada head 1030mm.

  Efisiensi Laten

  24 4.298E506

  2247.580 1.00112

  61 233.998 33 4.12812

Tabel 4.18 Perhitungan Efisiensi laten pada pada head 1710mm.

  Tekanan Debit

  Spesifik Volume

  @P Massa

  Jenis Massa camp

  Entalpi @P

  Fraksi uap Q kompor

  Absolut Q v g Ρ m _g h _fg Xg ηL No.

  5 115.14

  (kPa) (m3/s) (m3/kg) (kg/m3) (kg/s) (kJ/kg) (%) (W) (%) 1 122 4,25.10 ⁵⁶

  1.4086 0.70993 3.01719E506

  2243.0028 5 0.70282 233,998 2.89214 2 122

  4.4167E5

  06 1.4086 0.70993 3.13551E506

  2243.0028

  5 0.73038 233,998 3.00556 3 122

  4.0833E5

  06 1.4086 0.70993 2.89887E506

  2243.0028

  5 0.67525 233,998 2.77872

  6.42E506 1.493 0.66979

  791 233.998 33 3.86006

  Tekanan Debit

  2 115.14

  Spesifik Volume

  @P Massa

  Jenis Massa camp

  Entalpi @P Fraksi uap

  Q kompor Efisiensi

  Laten Absolut Q v _{g ρ} m _g h _fg Xg ηL No.

  (kPa) (m3/s) (m3/kg) (kg/m3) (kg/s) (kJ/kg) (%) (W) (%) 1 115.14

  6.25E506 1.493 0.66979

  24 4.186E506

  2247.580 0.97512

  282 233.998 33 4.02089

  5.50E506 1.493 0.66979

  2247.580 0.93611

  24 3.684E506

  2247.580 0.85810

  808 233.998 33 3.53839

  3 115.14

  5.5E506 1.493 0.66979

  24 3.684E506

  2247.580 0.85810

  808 233.998 33 3.53839

  4 115.14

  6.00E506 1.493 0.66979

  24 4.019E506

  4.0833E5 2243.0028

  4.3.2.2 Perhitungan Efisiensi laten dengan membran dan fluida kerja air.

  2 118.55

  Debit Spesifik

  Volume @P

  Massa Jenis

  Massa camp Entalpi

  @P Fraksi uap

  Q kompor Efisiensi

  Laten Absolut Q v _{g Ρ m g h fg Xg ηL} No. (kPa) (m3/s) (m3/kg) (kg/m3) (kg/s) (kJ/kg) (%) (W) (%)

  1 118.55

  3.00E506 1.449 0.69013 1125 2,070.10 ⁵⁶ 2245.251 0,0482 368,64

  1.2609903

  9

  2.92E506 1.449 0.69013 1125 2,013.10 ⁵⁶ 2245.251 0,0469 368,64

  56 2247.580 0,0572 375,27 1,4706 Tabel 4.20 Perhitungan Efisiensi sensibel pada pada head 1710mm.

  1.2259628

  8

  3 118.55

  3.08E506 1.449 0.69013 1125 2,128.10 ⁵⁶ 2245.251 0,0496 368,64 1.2960179

  4 118.55

  3.00E506 1.449 0.69013 1125 2,070.10 ⁵⁶ 2245.251 0,0482 368,64

  1.2609903

  9

  5 118.55

  2.92E506 1.449 0.69013

  1125 2,013.10 ⁵⁶ 2245.251 0,0469 368,64

  1.2259628

  Tekanan

  1.493 0.669 2,455.10

Tabel 4.19 Perhitungan Efisiensi laten pada pada head 1030mm.

  56 2247.580 0,0572 375,27 1,4706

  Tekanan

  Debit Spesifik

  Volume @P

  Massa Jenis

  Massa camp Entalpi

  @P Fraksi uap

  Q kompor Efisiensi

  Laten Absolut Q v _g Ρ m _g h _fg Xg ηL No.

  (kPa) (m3/s) (m3/kg) (kg/m3) (kg/s) (kJ/kg) (%) (W) (%) 1 115.14

  3.67E506

  1.493 0.669 2,455.10

  2 115.14

  3.67E506

  3.75E506

  1.493 0.669 2,511.10

  56 2247.580 0,0585 375,27 1,5040

  3 115.14

  3.75E506

  1.493 0.669 2,511.10

  56 2247.580 0,0585 375,27 1,5040

  4 115.14

  3.58E506

  1.493 0.669 2,399.10

  56 2247.580 0,0559 375,27 1,4372

  5 115.14

  8

  4.3.2.3 Perhitungan Efisiensi laten tanpa membran.

Tabel 4.21 Perhitungan Efisiensi laten pada head 1030mm

  Spesifik Massa Entalpi Fraksi Q Efisiensi

  Tekanan Debit Volume Massa camp

  Jenis @P uap kompor Laten @P No. v

  Absolut Q g Ρ m h Xg ηL _{g fg} (kPa) (m3/s) (m3/kg) (kg/m3) (kg/s) (kJ/kg) (%) (W) (%)

  111.7

  2.1E506 1.539 0.650 1.35396E506 2249.96 365 0.835

  1 0.3154

  111.7

  1E506 1.539 0.650 6.49899E507 2249.96 365 0.401

  2 0.1514 3 111.7

  1.5E506 1.539 0.650 9.74849E507 2249.96 365 0.601

  0.2271 4 111.7