POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN POMPA MEMBRAN

  

POMPA AIR ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN POMPA MEMBRAN

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Diajukan oleh :

  

THERMAL POWERED WATER PUMP

USING MEMBRANE PUMP

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering By :

  

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO “ Segala sesuatu akan menjadi indah pada waktunya ” “ Keyakinan dapat mewujudkan keinginan” PERSEMBAHAN

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Ag. Marsanto Nomor Mahasiswa : 045214041

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN POMPA MEMBRAN beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan 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 mem- berikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 25 Februari 2008

  

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan

tinggi di sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang

pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka Yogyakarta, 15 Januari 2008

  Ag. Marsanto

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugrah-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. Dr. Ir. P. Wiryono Priyotamtama, SJ., selaku Rektor Universitas Sanata Dharma.

  2. Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.S.C., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Budi Sugiharto, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

  8. Bapak MC. Marjo Hartono, Alm. Ibu Chatarina Hartini, mbak Purwanti, mbak Pertiwi dan mbak Murbani, keluarga tercinta yang telah memberikan dorongan, motivasi, bantuan moral maupun materi.

  9. Yulius Tri Yunianto dan Yakobus Ipnu, teman seperjuangan dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

  10. Rekan-rekan mahasiswa khususnya angkatan 2004 yang telah berjuang bersama dan memberikan masukan-masukan serta dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  11. 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.

  

INTISARI

  Kebutuhan manusia akan air tidak dapat digantikan oleh bahan lain. Akan tetapi sering kali tempat sumber mata air jauh dan lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pemanfaatan panas sebagai sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan pompa sangat membantu mengurangi ketergantungan manusia akan bahan bakar minyak yang jumlahnya semakin menipis.

  Pompa air tenaga termal menggunakan membran bekerja dengan uap bertekanan. Komponen utama dari pompa air tenaga termal yaitu evaporator, tabung kondensor dan pompa membran yang dilengkapi dengan dua katup searah. Parameter yang diambil dalam penelitian ini yaitu temperatur air, tekanan uap dan debit pemompaan. Sedangkan parameter yang dihitung efisiensi evaporator, daya pemompaan dan efisiensi sistem.

  Setelah dilakukan penelitian terhadap pompa air tenaga termal menggunakan membran, maka dapat diketahui nilai maksimum dari rata – rata efisiensi evaporator sebesar 49,13 % terjadi pada variasi massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) dengan head 1,03m. Debit pemompaan sebesar 4,9 ml/detik, efisiensi sistem 0,0133 % dan daya pemompaan sebesar 49,5 mW pada variasi massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) dengan head 1,03m.

  Kata kunci : pompa air tenaga termal, massa air mula – mula, kondensor

  

DAFTAR ISI

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

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

LEMBAR PENGESAHAN ………………...…………………………..…… iii

SUSUNAN DEWAN PENGUJI ................................................................. iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN .................................................................. v

LEMBAR PERNYATAAN …………………………………………..……... vi

KATA PENGANTAR ………………………………………………………... vii

  

INTISARI ……………………………………………...………………….. ix

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

DAFTAR GAMBAR ……………………………………...…………………. xiv

DAFTAR TABEL …………………………………....…………….……… xvi

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

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

  2.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) …………………. 6 S

  2.2.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) …………………. 7 L

  2.2.3 Efisiensi Kolektor ( ) …………………………………. 9

C

  2.2.4 Efisiensi Sistem ( ) …………………………………. 9

sistem

2.3 Tinjauan Pustaka …………………………………………. 10

BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………. 12

  3.1 Skema Alat …………………………………………………. 12

  3.2 Variabel yang Divariasikan …………………………………. 13

  3.3 Variabel yang Diukur …………………………………………. 13

  3.4 Langkah Penelitian …………………………………………. 14

  3.5 Pengolahan dan Analisa Data …………………………………. 14

BAB IV HASIL PENELITIAN …………………………………………. 16

  4.1 Data Penelitian ………………............…………………………. 16

  4.1.1 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,03 m …………. 16

  4.1.2 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,71 m …………. 18

  4.1.3 Massa Air Mula – Mula 2,65 kg Head 1,03 m …………. 20

  4.3.1.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) ................. 29 S

  4.3.1.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) ................. 30 L

  4.3.1.3 Efisiensi Evaporator ( ) ............................. 32 E

  4.3.1.4 Daya Pemompaan (W ) ............................. 33 out

  4.3.1.5 Efisiensi Sistem ( ) ............................. 33 sistem

  

4.3.2 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,71 m …………. 34

  4.3.2.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) ................. 34 S

  4.3.2.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) ................. 34 L

  4.3.2.3 Efisiensi Evaporator ( ) ............................. 35 E

  4.3.2.4 Daya Pemompaan (W ) ............................. 35 out

  4.3.2.5 Efisiensi Sistem ( ) ............................. 36 sistem

  

4.3.3 Massa Air Mula – Mula 2,65 kg Head 1,03 m ……...…. 36

  4.3.3.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) ................. 36 S

  4.3.3.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) ................. 37 L

  4.3.3.3 Efisiensi Evaporator ( ) ............................. 37 E

  4.3.3.4 Daya Pemompaan (W ) ............................. 38 out

  4.3.5 Massa Air Mula – Mula 1,65 kg Head 1,03 m …....……. 41

  4.3.5.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) ................. 41 S

  4.3.5.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) ................. 42 L

  4.3.5.3 Efisiensi Evaporator ( ) ............................. 42 E

  4.3.5.4 Daya Pemompaan (W ) ............................. 43 out

  4.3.5.5 Efisiensi Sistem ( ) ............................. 43 sistem

  4.3.6 Massa Air Mula – Mula 1,65 kg Head 1,71 m …....……. 44

  4.3.6.1 Efisiensi Sensibel Evaporator ( ) ................. 44 S

  4.3.6.2 Efisiensi Laten Evaporator ( ) ................. 44 L

  4.3.6.3 Efisiensi Evaporator ( ) ............................. 45 E

  4.3.6.4 Daya Pemompaan (W ) ............................. 45 out

  4.3.6.5 Efisiensi Sistem ( ) ............................. 46 sistem

  4.4 Analisis Data …………............………………………………. 47

  

BAB V PENUTUP ……………………........................……………………. 63

  5.1 Kesimpulan …………............………………………………. 63

  5.2 Saran …………........................………………………………. 63

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Skema alat penelitian.........................................................................12Gambar 4.1 Skema pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga)

  

head 1,03 m.......................................................................................16

Gambar 4.2 Skema pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga)

  

head 1,71 m.......................................................................................18

Gambar 4.3 Skema pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi)

  

head 1,03 m.......................................................................................20

Gambar 4.4 Skema pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi)

  

head 1,71 m......................................................................................22

Gambar 4.5 Skema pompa air tenaga termal menggunakan pompa membranGambar 4.9 Grafik hubungan waktu dengan daya pemompaan............................49Gambar 4.10 Grafik hubungan waktu dengan efisiensi sistem .............................50Gambar 4.11 Grafik hubungan massa air mula - mula dengan efisiensi sensibel evaporator ..........................................................................51Gambar 4.12 Grafik hubungan massa air mula - mula dengan efisiensi laten evaporator ...............................................................................52Gambar 4.13 Grafik hubungan massa air mula - mula dengan daya pemompaan .................................................................................... 53Gambar 4.14 Grafik hubungan massa air mula - mula dengan efisiensi sistem ............................................................................................. 54Gambar 4.15 Grafik hubungan head pemompaan dengan efisiensi sensibel evaporator ........................................................................ 55Gambar 4.16 Grafik hubungan head pemompaan dengan efisiensi laten evaporator .............................................................................. 56Gambar 4.17 Grafik hubungan head pemompaan dengan daya pemompaan .... 57Gambar 4.18 Grafik hubungan head pemompaan dengan efisiensi sistem ......... 58

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung

  

tembaga) head 1,03 m...........................................................................17

Tabel 4.2 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula

  

0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m.................................17

Tabel 4.3 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung

  

tembaga) head 1,71 m...........................................................................19

Tabel 4.4 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula

  

0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m.................................19

Tabel 4.5 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabungTabel 4.8 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung

  

plastik) head 1,03 m.............................................................................25

Tabel 4.9 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula

  

1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m.................................25

Tabel 4.10 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung

  

plastik) head 1,71 m.............................................................................27

Tabel 4.11 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula

  

1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m..................................27

Tabel 4.12 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m......30

Tabel 4.13 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada penelitian

  

mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m...........33

Tabel 4.16 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m...........33

Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m......34

Tabel 4.18 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m......34

Tabel 4.19 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m...........35

Tabel 4.20 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m...........35

  pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,03 m...........37

Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal dengan membran dan massa air

  

mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,03 m................37

Tabel 4.25 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,03 m................38

Tabel 4.26 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,03 m................38

Tabel 4.27 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,71 m...........39

Tabel 4.28 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massaTabel 4.31 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,71 m................41

Tabel 4.32 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m.......41

Tabel 4.33 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa

  

air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m.......42

Tabel 4.34 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m............42

Tabel 4.35 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,03 m............43

Tabel 4.36 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa air

  

air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,71 m.......44

Tabel 4.39 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,71 m............45

Tabel 4.40 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,71 m............45

Tabel 4.41 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air

  

mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik) head 1,71 m............46

BAB I PENDAHULUAN

1.1 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). Tetapi belum 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 yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, angin atau 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 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. Sebagai simulasi pompa air energi surya termal, panas yang digunakan adalah panas dari api.

1.2 Rumusan Masalah

  Unjuk kerja pompa air energi termal tergantung pada lama waktu penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang diperlukan untuk dibuat sesederhana mungkin dengan bahan-bahan yang mudah didapat sehingga diharapkan dapat dibuat sendiri oleh masyarakat.

  1.3 Tujuan Penelitian a.

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

  b.

  Mengetahui debit, head, efisiensi evaporator dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan.

  1.4 Batasan Masalah a.

  Pompa air tenaga termal dengan membran menggunakan panas dari api kompor.

  b.

  Fluida kerja yang digunakan adalah air.

  c.

  Head pemompaan 1,03 m dan 1,71 m.

1.5 Manfaat a.

  Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal.

  b.

  Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi termal yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

  c.

  Mengurangi ketergantungan penggunaan dan minyak bumi dan listrik.

BAB II LANDASAN TEORI Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama yaitu: (1)

  kolektor, (2) pompa air dan (3) kondenser. Kolektor 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

  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 E ) dan efisiensi sistem (η Sistem ). Efisiensi evaporator terdiri dari efisiensi sensibel evaporator (η S ) dan efisiensi laten evaporator (η L ).

  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.

  m . Cp . ∆ T _f

₁

₁ W = _in

  (2) ∆ t ₁ dengan :

  W in : daya input (watt) m : massa fluida kerja (kg)

  f

  m f1 : massa fluida untuk pengukuran daya input (kg) C P : panas jenis fluida kerja (J/(kg.°C)) ∆T : kenaikan temperatur air (°C) ∆T

  1 : kenaikan temperatur air pada pengukuran daya input (°C)

  t : lama waktu pemanasan (detik) t

  1 : lama waktu pemanasan pada pengukuran daya input (detik) dengan :

  m : massa uap fluida kerja (kg/detik)

  g

  h fg : panas laten air (J/(kg)) Massa uap fluida kerja (m g ) dapat dihitung dengan:

  m = ρ ⋅ _g V (4)

  dengan:

  3

  ρ : massa jenis uap (kg/m )

3 V : volume pemompaan (m /detik)

  Massa jenis uap ( ) dihitung dengan :

  1 ρ = (5)

  v _g

  dengan :

  3

  v g : volume spesifik uap (/m /kg)

  2.2.3 Efisiensi Evaporator ( E ) Efisiensi didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi

  evaporator

  

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

disediakan selama waktu tertentu atau efisiensi merupakan jumlah efisiensi

  evaporator

  

sensibel dan efisiensi laten . Efisiensi dapat dihitung dengan

  evaporator evaporator

  persamaan :

• =

  (7)

  E S L

  dengan: η : efisiensi sensibel evaporator

  S

  η L : efisiensi laten evaporator

  2.2.4 Efisiensi Sistem ( 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 :

3 Q : debit pemompaan (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 ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa

  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).

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  Pompa air energi termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama: a.

  Satu evaporator datar jenis pipa paralel (3 buah) dengan panjang 0,7 m diameter ½ “ b.

  Pompa : pompa membran dalam tabung kaca yang dilengkapi 2 katup satu arah pada sisi masuk dan sisi keluar.

  c.

  Kondensor Skema pompa air energi termal dapat dilihat sebagai berikut :

  1

  2

  7

  10

  11 Keterangan: 1.

  Tangki penampung atas 2. Saluran air menuju tangki penampung atas 3. Katup tekan 4. Katup hisap 5. Saluran air tabung membran 6. Sumber air 7. Manometer tekanan 8. Tabung membran 9. Membran 10.

  Saluran air pendingin kondensor 11. Tabung kondensor 12. Saluran uap 13. Saluran air yang kembali ke kondensor 14. Evaporator c. )

in

  Daya masukan yang diberikan (W d.

  Lama waktu pencatatan data (t)

  e. tekan dan P hisap ) Tekanan fluida kerja (P f.

  Debit pemompaan (Q) Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel, pengukuran tekanan menggunakan manometer.

3.4 Langkah Penelitian a.

  Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 3.1 b.

  Pengambilan data dilakukan dengan mevariasikan jumlah massa fluida kerja mula-mula dan head pemompaan.

  c.

  Pengambilan data dilakukan sebanyak 6 data tiap 10 menit.

  d.

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

  e. temperatur fluida kerja mula-mula (T ), temperatur

  f1

  Data yang dicatat adalah

  fluida kerja setelah selang waktu tertentu (T ), daya masukan (W ), lama f2 in dengan persamaan (9). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : a.

  Hubungan daya pemompaan, efisiensi sensibel evaporator, efisiensi laten evaporator dan efisiensi sistem dengan waktu, jumlah fluida kerja mula- mula dan head pemompaan.

  b.

  Hubungan efisiensi sensibel evaporator, efisiensi laten evaporator, fraksi uap dan efisiensi sistem dengan daya pemompaan.

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 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,03 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 13 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung ; 330mm ; 3 buah Kondensor : Tabung tembaga Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  2

  Data penelitian :

Tabel 4.1 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,03m

  P P Volume T

1 T

  

2

Waktu tekan hisap Keterangan

  No

  o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 30 menit 89,7 87,8 2 -2,5 kran 1 : buka ½ 1 14:14 - 14:24 2200 90,2

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

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

  90 2 -2,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 4 14:44 - 14:54 2150 89,7 91,5

  2 -2,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 5 14:54 - 15:04 2200 89,5 90,4

  2 -2,5 kran 2 : buka penuh

Tabel 4.2 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg

  (kondensor tabung tembaga) head 1,03 m Waktu T T t m W

  f1 in o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt)

• 26,6

4.1.2 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,71 m

  Hari/Tanggal : Selasa, 11 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung

  : 3 buah : 330mm

  Kondensor : Tabung tembaga Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  T

  1 T

  2

  2 1710mm

  Data penelitian :

Tabel 4.3 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg (kondensor tabung tembaga) head 1,71m

  P P No Waktu Volume T

  1 T 2 tekan hisap Keterangan o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 45 menit 93,6 91,3 2,5 -2 ditopang kran 1 : buka ½ 1 11:39 - 11:49 1800 96,1 91,7 2,5 -2 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

  2 11:49 - 11:59 1750 96,6 91,3 2,5 -2 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 3 11:59 - 12:09 1850 98,1 91,7 2,5 -2 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

  4 12:09 - 12:19 1800 94,4 92,5 2,5 -2 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 5 12:19 - 12:29 1750 96,4

  92 2,5 -2 kran 2 : buka penuh

Tabel 4.4 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 0,9 kg

  (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m Waktu T T t m f1 W in

  o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt) 26,8 - 2 38,8

  12 120 420

4.1.3 Massa Air Mula – Mula 2,65 kg Head 1,03 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 13 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung

  : 3 buah : 330 mm

  Kondensor : Tabung besi Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  T

  1 T

  2

  2 1030mm

  Data penelitian :

Tabel 4.5 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,03 m

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu

  Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 30 menit 90,2 92,1 2 -0,5

  1 15:38 - kran 1 : buka penuh 1900 89,5 91,4

  2 -0,5 15:48 kran 2 : ¾

  15:48 - kran 1 : buka penuh 2 3200 90,5 94,2

  2 -0,5 15:58 kran 2 : ¾

  15:58 - kran 1 : buka penuh 3 3200 91,5 94,6

  2 -0,5 16:08 kran 2 : ¾

  16:08 - kran 1 : buka penuh 4 3250 91,3 94,8

  2 -0,5 16:18 kran 2 : ¾

  16:18 - kran 1 : buka penuh 5 3150 91,2 94,8

  2 -0,5 16:28 kran 2 : ¾

Tabel 4.6 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg

  (kondensor tabung besi) head 1,03 m Waktu T T t m f1 W in

  o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt)

4.1.4 Massa Air Mula – Mula 2,65 kg Head 1,71 m

  Hari/Tanggal : Rabu, 12 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung

  : 3 buah : 330mm

  Kondensor : Tabung besi Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  2

  Data penelitian :

Tabel 4.7 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 2,65 kg (kondensor tabung besi) head 1,71 m

  Volume T1 T2 P tekan P hisap No Waktu Keterangan (ml) (oC) (oC) (psi) (psi) sudah berjalan ± 20 menit 88,3 89,1 3 -1,5 10:35 - kran 1 : buka penuh 1 1350 87,9 95,6

• 3 -1,5 10:45

  kran 2 : ½ 10:45 - kran 1 : buka penuh 2 1250 90,3

  95 3 -1 - 10:55 kran 2 : ½ 10:55 - kran 1 : buka penuh 3 650 97,5 80,9

  2 -0,5 ditopang 11:05 kran 2 : ½ 11:01 - kran 1 : buka penuh api 4 575 97,5 82,7

  

2

11:15 dikecilkan kran 2 : ½

  11:15 - kran 1 : buka penuh

  

2

11:25 kran 2 : ½

• 5 700 98,5 84,2

4.1.5 Massa Air Mula – Mula 1,65 kg Head 1,03 m

  Hari/Tanggal : Kamis, 13 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung

  : 3 buah : 330mm

  Flash Tank : Tabung plastik Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  T

  1 T

  2

  2 1030mm

  A B

  Data penelitian :

Tabel 4.8 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg (kondensor plastik) head 1,03 m

  P P Volume T

1 T

  

2

No Waktu tekan hisap Keterangan o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 25 menit 92,4 62,7 1,5 -0,5 ditopang kran 1 : buka ½ 1 10:05 - 10:15 2200 95,9 65,2 1,5 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

  2 10:15 - 10:25 2500 96 70,1 2 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 3 10:25 - 10:35 2700 96,5 72,4

  2 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 4 10:35 - 10:45 2450 96,3 74,9

  2 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 5 10:45 - 10:55 1000 99,7 89,9 2,5 +0,5 kran 2 : buka penuh menit 46 : proses tidak berjalan (tidak dapat tekan dan hisap)

  : botol membran panas

Tabel 4.9 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg

  (kondensor tabung plastik) head 1,03 m Waktu T T t m f1 W in

  o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt)

  26

4.1.6 Massa Air Mula – Mula 1,65 kg Head 1,71 m

  Hari/Tanggal : Rabu, 12 September 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air Pemanas : Kompor Minyak Tanah Evaporator : Pipa Tembaga 2 Ujung

  : 3 buah : 330mm

  Kondensor : Tabung plastik Kran : 1 & 2 Pendingin : Air kran

  Skema alat :

  2 A B

  Data penelitian :

Tabel 4.10 Data penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg (kondensor tabung plastik)

  head 1,71 m Volume T

1 T

  2 P tekan P hisap

  No Waktu Keterangan

  o o

  (ml) (

  C) (

  C) (psi) (psi) sudah berjalan ± 30 menit 93,7 93,6 2,5 -0,5 ditopang kran 1 : buka ½ 1 14:18 - 14:28 1250 98,4 93,8 2,5 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½

  2 14:28 - 14:38 1200 97,8 64,8 2,5 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 3 14:38 - 14:48 1750

  97 68,7 3 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 4 14:48 - 14:58 1750 97,1 73,7

  3 -0,5 kran 2 : buka penuh kran 1 : buka ½ 5 14:58 - 15:08 1600 97,3 74,9

  3 -0,5 kran 2 : buka penuh menit 45 : menghisap udara (air dalam tampungan habis)

Tabel 4.11 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa air tenaga termal menggunakan pompa membran dan massa air mula – mula 1,65 kg

  (kondensor tabung tembaga) head 1,71 m Waktu T T t m W

  f1 in o o

  (menit) (

  C) (

  C) (detik) (kg) (watt)

• 26,8 2 38 11,2 120 392

4.2 Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan

  Asumsi yang digunakan untuk menghitung efisiensi sensibel evaporator : Massa fluida yang dipanasi adalah massa air dalam evaporator

  o

  C Titik didih air 100

  o

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

  1 dan T 2 )

  Faktor difusivitas (perambatan panas) lambat Selang waktu pemanasan 60 detik pada kondensor tabung tembaga dan besi, sedangkan pada kondensor tabung plastik 120 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

4.3 Perhitungan Data

4.3.1 Massa Air Mula – Mula 0,9 kg Head 1,03 m

4.3.1.1 Efisiensi Sensibel Evaporator (

  

S

)

  Diketahui :

• Ukuran evaporator d = 12,5 mm = 0,0125 m

  3