KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN PIPA OSILASI

  

KARAKTERISTIK POMPA NIFTE ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN PIPA OSILASI

  5 / 8 ″

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin

  

Diajukan Oleh:

DIONISIUS DEWANGGA ADITYA PRAMANTA

NIM : 075214026

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2011

CHARACTERISTIC OF THERMAL ENERGY NIFTE PUMP

5 USING /

  8 ″ OF OSILATION PIPE

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering Study Program

  

By :

DIONISIUS DEWANGGA ADITYA PRAMANTA

NIM : 075214026

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2011

  

INTISARI

  Air adalah salah satu keperluan dasar manusia, baik untuk keperluan hidup (minum dan masak), keperluan sanitasi (mandi, cuci dll), dan untuk kebutuhan yang menunjang proses produksi (irigasi). Ketersediaan air yang memenuhi syarat untuk memenuhi kebutuhan masyarakat tersebut di atas, sering menjadi masalah, terutama pada daerah yang sumber air sangat terbatas atau yang air tanahnya sangat dalam.

  Meskipun teknologi dan peralatan pompanisasi untuk memperoleh air telah tersedia dan mudah diperoleh, pada daerah tertentu ketersediaan tenaga penggerak pompanisasi sering menjadi hambatan karena ketiadaan jaringan listrik PLN. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dapat mengatasi hambatan tersebut di atas. Di Indonesia, cahaya matahari dapat diperoleh cuma-cuma sepanjang tahun, di tempat terpencil sekalipun. Sehingga pemanfaatan PLTS untuk menggerakkan pompa sangatlah ideal.

  Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model pompa termal jenis nifte, meneliti daya, debit dan efisiensi maksimal yang dihasilkan pompa. Model Pompa nifte terdiri dari 6 bagian utama yaitu, evaporator, kondensor, pipa osilasi, pipa nifte, keran dan bak pendingin. Dalam proses pengambilan data digunakan 6 variasi yang berbeda yaitu: variasi pada ketinggian awal air, variasi bukaan keran, variasi pendingin, variasi pada pengeluaran udara dari dalam sistem, variasi perubahan ukuran evaporator dan variasi penambahan perangkat pompa air.

  Telah berhasil dibuat model pompa termal jenis nifte, sebelum pemasangan pompa daya maksimal sebesar 0,528 watt, debit maksimal sebesar

  3

  0,000158 m /detik (9,50 liter/menit) dan efisiensi maksimal sebesar 0,227 %, setelah pemasangan pompa daya maksimal sebesar 0,0185 watt, debit maksimal

  3

  sebesar 0,0000126 m /detik (0,76 liter/menit) dan efisiensi maksimal sebesar 0,00795 %. Kata kunci : pompa air, energi termal, nifte.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Karakteristik Pompa Nifte Energi Termal Menggunakan Pipa Osilasi

  5

  /

  8

  ″ ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

  Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

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

  3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  4. Bapak selaku dosen pembimbing akademik.

  5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.

  Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

  Yogyakarta, 28 Februari 2011 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

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

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI......................... vi

  

INTISARI ............................................................................................................. vii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... viii

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

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

  

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

  1.l Latar Belakang ....................................................................................... 1

  1.2 Batasan Masalah .................................................................................... 2

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

  1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

  

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 5

  2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ....................................................... 5

  2.2 Dasar Teori ............................................................................................ 8

  2.3 Persamaan yang Digunakan................................................................... 13

  

BAB III. METODE PENELITIAN .................................................................... 17

  3.1 Skema Alat Penelitian ........................................................................... 17

  3.2 Prinsip Kerja Alat .................................................................................. 18

  3.3 Variabel yang Divariasikan ................................................................... 19

  3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data ............................................... 24 x

  3.5 Analisa Data .......................................................................................... 28

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 29

  4.1 Data Penelitian ....................................................................................... 29

  4.2 Contoh Perhitungan ............................................................................... 38

  4.3 Pembahasan ........................................................................................... 49

  4.4 Kesimpulan Umum dari Pembahasan .................................................... 65

  

BAB V. PENUTUP ............................................................................................... 81

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 81

  5.2 Saran ...................................................................................................... 82

  

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 83

LAMPIRAN .......................................................................................................... 84

  xi

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara dan keran dibuka penuh ........................................ 30Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 22.5 ................................................................ 31Tabel 4.3 Data pada variasi ketinggian air di atas evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 45 ................................................................... 31Tabel 4.4 Data pada variasi ketinggian air berada pada bagian evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 45 .............................................. 32Tabel 4.5 Data pada variasi ketinggian air berada di bawah evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 45 .............................................. 32Tabel 4.6 Data pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan air dan keran ditutup 45 ................................................... 33Tabel 4.7 Data pada variasi ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan udara, keran ditutup 45 dan variasi pengeluaran

  udara didalam sistem ............................................................................. 33

Tabel 4.8 Data pada variasi pemasangan pompa, ketinggian air di atas evaporator, pendinginan udara, keran ditutup 60 dan

  pengeluaran udara didalam sistem ......................................................... 34

Tabel 4.9 Data pada variasi pemasangan pompa, ketinggian air di atas evaporator, pendinginan udara, keran ditutup 45 dan

  pengeluaran udara didalam sistem ......................................................... 35

Tabel 4.10 Data pada variasi pemasangan pompa, ketinggian air di atas evaporator, pendinginan udara, keran ditutup 30 dan

  pengeluaran udara didalam sistem ......................................................... 35 xii

Tabel 4.11 Data pada variasi pemasangan pompa, evaporator 40 cm dan merubah posisi pembakaran (kompor), air di atas evaporator,

  pendinginan udara, keran ditutup 45 dan pengeluaran udara didalam sistem ....................................................................................... 36

Tabel 4.12 Data Pengujian Daya Spiritus ................................................................ 37Tabel 4.13 Perhitungan Daya Spiritus ..................................................................... 43Tabel 4.14 Perhitungan pompa pada variasi air di atas evaporator, pendinginan udara dan keran dibuka penuh .......................................... 44Tabel 4.15 Perhitungan pompa pada variasi air di atas evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 22.5 ........................................... 44Tabel 4.16 Perhitungan pompa pada variasi air di atas evaporator, pendinginan udara dan keran ditutup 45 . ............................................. 45Tabel 4.17 Perhitungan pompa pada variasi air berada di atas evaporator, pendinginan air dan keran ditutup 45 ................................................... 46Tabel 4.18 Perhitungan pompa pada variasi air berada di atas evaporator, pendinginan udara, keran ditutup 45 dan pengurangan udara

  dalam sistem .......................................................................................... 46

Tabel 4.19 Perhitungan pompa pada variasi penambahan perangkat pompa air, dengan head pompa 15 cm, ketinggian air berada di atas

  evaporator, pendinginan menggunakan udara, keran ditutup 60 dan dulakukan pengurangan udara dalam sistem ................................ 47

Tabel 4.20 Perhitungan pompa pada variasi penambahan perangkat pompa air, dengan head pompa 15 cm, ketinggian air berada di atas

  xiii

  evaporator, pendinginan menggunakan udara, keran ditutup 45 dan dulakukan pengurangan udara dalam sistem ................................ 47

Tabel 4.21 Perhitungan pompa pada variasi penambahan perangkat pompa air, dengan head pompa 15 cm, ketinggian air berada di atas

  evaporator, pendinginan menggunakan udara, keran ditutup 30 dan dulakukan pengurangan udara dalam sistem ................................ 48

Tabel 4.22 Perhitungan pompa pada variasi penambahan perangkat pompa air, penggantian ukuran panjang evaporator menjadi 40 cm dan

  merubah posisi pembakaran (kompor), ketinggian air berada di atas evaporator, pendinginan menggunakan udara, keran ditutup 45 dan menggunakan variasi pengeluaran udara didalam sistem ...... 48 xiv

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ....................................... 7Gambar 2.2 Dimensi Evaporator ......................................................................... 7Gambar 2.3 Pompa air tenaga panas jenis Nifte Pump ........................................ 9Gambar 2.4 Pompa air tenaga panas matahari jenis nifte ................................... 9Gambar 2.5 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ................................... 10Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet ........................................ 10Gambar 2.7 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ............................... 12Gambar 3.1 Skema Alat ...................................................................................... 17Gambar 3.2 Variasi ketinggian awal air terhadap pemanas ................................ 20Gambar 3.3 Variasi bukaan keran ....................................................................... 20Gambar 3.4 Perangkat pompa ............................................................................. 21Gambar 3.5 Penerapan pompa pada nifte pump .................................................. 21Gambar 3.6 Variasi evaporator ............................................................................ 22Gambar 3.7 Posisi penempatan termokopel ........................................................ 23Gambar 3.8 Pengukuran panjang langkah ........................................................... 23Gambar 4.1 Gambar pengujian daya spiritus ..................................................... 37 xvGambar 4.2 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa osilasi dengan evaporator 20 cm dan keran tertutup 45 derajat berdasarkan

  jenis pendinginan .............................................................................. 49

Gambar 4.3 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa nifte dengan evaporator 20 cm dan keran tertutup 45 derajat berdasarkan

  jenis pendinginan .............................................................................. 49

Gambar 4.4 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan bukaan keran dengan pendinginan udara dan posisi air diatas

  evaporator ......................................................................................... 50

Gambar 4.5 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan bukaan keran dengan pendinginan udara dan posisi air diatas

  evaporator ......................................................................................... 50

Gambar 4.6 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan posisi air dengan variasi keran tertutup 45 derajat evaporator

  20 cm dan pendinginan udara ........................................................... 51

Gambar 4.7 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan posisi air dengan variasi keran tertutup 45 derajat evaporator

  20 cm dan pendinginan udara ........................................................... 51

Gambar 4.8 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan jumlah udara dalam sistem dengan variasi keran tertutup 45

  derajat, evaporator 20 cm, posisi air diatas evaporator dan pendinginan udara ............................................................................. 52

Gambar 4.9 Hubungan debit dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan jumlah udara dalam sistem dengan variasi keran tertutup 45

  xvi

  xvii derajat, evaporator 20 cm, posisi air diatas evaporator dan pendinginan udara ............................................................................. 52

Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ......................... 53Gambar 4.11 Grafik perbandingan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ......................... 54Gambar 4.12 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan jenis pendinginan .......................................................... 54Gambar 4.13 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan jenis pendinginan .......................................................... 55Gambar 4.14 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan bukaan keran ................................................................. 55Gambar 4.15 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan bukaan keran ................................................................. 56Gambar 4.16 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan posisi air ........................................................................ 56Gambar 4.17 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan posisi air ........................................................................ 57Gambar 4.18 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan jumlah udara dalam sistem ........................................... 57Gambar 4.19 Grafik perbandingan daya dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan jumlah udara dalam sistem ........................................... 58

  xviii

Gambar 4.20 Grafik perbandingan debit dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ......................... 58Gambar 4.21 Grafik perbandingan daya dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan ukuran evaporator ...................................... 59Gambar 4.22 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan jenis pendinginan .......................................................... 60Gambar 4.23 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan jenis pendinginan .......................................................... 60Gambar 4.24 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan bukaan keran ................................................................. 61Gambar 4.25 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan bukaan keran ................................................................. 61Gambar 4.26 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan posisi air ........................................................................ 62Gambar 4.27 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan posisi air ........................................................................ 62Gambar 4.28 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa osilasi berdasarkan jumlah udara dalam sistem ........................................... 63Gambar 4.29 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu untuk pipa nifte berdasarkan jumlah udara dalam sistem ........................................... 63Gambar 4.30 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan berdasarkan bukaan keran ......................... 64

  xix

Gambar 4.31 Grafik perbandingan efisiensi dengan waktu pada variasi pemasangan pompa dan ukuran evaporator ...................................... 65Gambar 4.32 Grafik perbandingan frekuensi dengan waktu dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ........................................ 66Gambar 4.33 Grafik perbandingan frekuensi dengan waktu dari pipa nifte antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ................................................... 66Gambar 4.34 Grafik perbandingan kecepatan osilasi dengan waktu dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ............................. 67Gambar 4.35 Grafik perbandingan kecepatan osilasi dengan waktu dari pipa osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ........................................ 68Gambar 4.36 Grafik hubungan waktu dengan debit dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 .............................................................. 68Gambar 4.37 Grafik hubungan waktu dengan debit dari pipa osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 .............................................................. 69Gambar 4.38 Grafik hubungan waktu dengan tekanan dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ................................................... 70Gambar 4.39 Grafik hubungan waktu dengan tekanan dari pipa osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ................................................... 70Gambar 4.40 Grafik perbandingan waktu dengan daya dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ................................................... 71Gambar 4.41 Grafik hubungan waktu dengan daya dari pipa osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 .............................................................. 71

  xx

Gambar 4.42 Grafik perbandingan waktu dengan efisiensi dari selang osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ........................................ 72Gambar 4.43 Grafik hubungan waktu dengan efisiensi dari pipa osilasi antara variasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 ................................................... 73Gambar 4.44 Grafik perbandingan debit pemompaan dengan waktu antara variasi 8, 9, dan 10 ............................................................................ 73Gambar 4.45 Grafik perbandingan daya pemompaan dengan waktu antara variasi 8, 9, dan 10 ............................................................................ 74Gambar 4.46 Grafik perbandingan daya pemompaan dengan waktu antara variasi 8, 9, dan 10 ............................................................................ 75Gambar 4.47 Grafik perbandingan debit pemompaan dengan waktu antara variasi 10 dan 11 ............................................................................... 75Gambar 4.48 Grafik perbandingan daya pemompaan dengan waktu antara variasi 10 dan 11 ............................................................................... 76Gambar 4.49 Grafik perbandingan efisiensi pompa dengan waktu antara variasi 10 dan 11 ............................................................................... 77

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air adalah salah satu keperluan dasar manusia, baik untuk keperluan hidup (minum dan masak), keperluan sanitasi (MCK), dan untuk kebutuhan yang menunjang proses produksi (irigasi). Ketersediaan air yang memenuhi syarat untuk memenuhi kebutuhan masyarakat tersebut di atas, sering menjadi masalah, terutama pada daerah yang sumber air sangat terbatas atau yang air tanahnya sangat dalam.

  Meskipun teknologi dan peralatan pompanisasi untuk memperoleh air telah tersedia dan mudah diperoleh, pada daerah tertentu ketersediaan tenaga penggerak pompanisasi sering menjadi hambatan karena ketiadaan jaringan listrik PLN. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dapat mengatasi hambatan tersebut di atas. Di Indonesia, cahaya matahari dapat diperoleh cuma-cuma sepanjang tahun, di tempat terpencil sekalipun. Sehingga pemanfaatan PLTS untuk menggerakkan pompa sangatlah ideal.

  Untuk memanfaatkan air, manusia khususnya memerlukan alat bantu yang digunakan untuk mengumpulkan air. Alat bantu yang digunakan beragam, mulai dari timba air yang menggunakan sistem katrol hingga pompa air yang menggunakan listrik untuk menjalankannya. Namun pada jaman globalisasi ini,

  2

  untuk memudahkan pekerjaan manusia pompa air yang digerakkan dengan energi listrik (motor listrik) lebih banyak digunakan.

  Pompa air yang menggunakan energi listrik, digunakkan dengan tujuan mempermudah perkerjaan manusia. Namun tidak semua daerah di Indonesia saat ini terjangkau listrik, seperti misalnya di daerah terpencil yang sulit dijangkau. Penggunaan energi listrik juga menyebabkan penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Selain itu pemanasan global juga menjadi alasan untuk mengurangi penggunaan energi listrik, jadi harus dicari solusi untuk mengatasi masalah ini.

  Untuk daerah yang dekat dengan aliran sungai, dapat digunakan pompa hidram sebagai solusinya. Namun pompa hidram memiliki batas ketinggian dan jauh aliran yang dapat dijangkau. Daerah yang jauh dari aliran sungai tidak akan dapat menggunakan sistem ini. Alternatif yang dapat digunakan untuk daerah ini adalah dengan menggunakan pompa air energi termal.

  Ada 3 jenis pompa air energi termal yang dapat digunakan yaitu: (a). Jenis pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet), (b). Jenis pompa air energi termal dengan jenis Fluidyn Pump, (c). Jenis pompa air energi termal dengan jenis Nifte Pump.

1.2 Batasan Masalah

  Pada tugas akhir ini akan diteliti pompa air energi termal dengan jenis nifte (nifte pump). Dipilihnya pompa air energi termal dengan jenis nifte dengan

  3

  komponen yang mudah dibuat dan dapat dikembangkan dengan menggunakan energi surya.

  Dalam penelitian ini digunakan beberapa batasan sebagai berikut: a. Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan spiritus sebagai sumber energi. Spiritus akan digunakan untuk membakar pipa dan bidang bakar berbentuk persegi, dimana pipa memiliki diameter 0,75 inci, tebal 1 mm, dan panjang 20 cm sedangkan bidang bakar memiliki penampang dengan ukuran 20 cm x 20 cm dan tebal 0,5 mm.

  b.

  Rugi-rugi aliran air dalam pipa yang terjadi diabaikan.

  3 c.

  dan tidak mengalami Masa jenis (ρ) air yang digunakan adalah 1000 kg/m perubahan sama sekali.

  2 d.

  . Nilai gravitasi yang digunakan untuk perhitungan adalah 9,8 m/detik e.

  Pada saat mencari data yang akan digunakan untuk menghitung daya spiritus, dengan cara memanaskan air menggunakan bahan bakar spiritus, panas yang dihasilkan oleh spiritus seluruhnya diterima oleh air.

1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian antara lain: a.

  Membuat pompa air energi termal jenis nifte dengan menggunakan bidang bakar dengan ukuran 20 cm x 20 cm, tebal 0,5 mm dan pipa dengan diameter 0,75 inci, panjang 20 cm dan tebal 1 mm.

  4

  b.

  Meneliti debit (Q) maksimun yang dihasilkan oleh pompa air energi termal jenis nifte air (nifte pump).

  c.

  Meneliti daya pompa air energi termal (Wp) dengan jenis nifte (nifte pump ).

  d.

  Meneliti efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis nifte (nifte pump).

1.4 Manfaat

  Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah: a.

  Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

  b.

  Membantu mahasiswa berlatih berpikir aktif, kritis, kreatif dan logis dalam menemukan penyelesaian masalah.

  c.

  Dapat dikembangkan ke penelitian selanjutnya sehingga diharapkan dapat diterapkan di masyarakat.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Penelitian mengenai pompa nifte ini sejauh sepengetahuan peneliti belum banyak dilakukan, hanya beberapa penelitian saja yang dapat peneliti ketahui dari proses pengumpulan sumber yang meneliti tentang pompa energi panas jenis nifte.

  Teknologi NIFTE (Non Inertive Feedback Thermofluidic Engine) dan pompa sedang dikembangkan oleh Dr Tom Smith dan Dr Christos Markides.

  Pompa nifte yang dibuat oleh Smith dan Markides masih belum sempurna namun telah dapat menghasilkan debit sebesar 480 liter/jam dengan energi panas yang

  2

  diperoleh dari kolektor dengan luas 1 m dan panas yang dihasilkan mencapai 600W. ( Smith, 2006 )

  Beberapa penelitian pompa air tenaga panas jenis lain seperti, penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 m sampai 5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith,

  6

  2005). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995).

  Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus/hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001).

  Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal Menggunakan Pompa Rendam

  ” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0,0893 Watt.

  Efisiensi sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor efisiensi maksimum adalah 57,218 % (Yoanita, 2009).

  Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, ef isiensi pompa (η pompa) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi

  7

  ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara (Suhanto, 2009).

  Selanjutnya dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt, efisiens i pompa (ηpompa) maksimum 0,213%, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).

Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

  ( Sumber : Nugroho 2009)

  8

  Penelitian terbaru dilakukan dengan judul penelitian “Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 2 Pipa Pararel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum sebesar 0,0148 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum sebesar 0,03 % dan debit (Q) sebesar maksimum 0,588 liter/menit pada variasi ketinggian 1,5 m dan pipa osilasi ½ inc tanpa pendingin (Putra, 2010).

2.2 Dasar Teori

  Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis nifte (Gambar 2.2, Gambar 2.3 dan Gambar 2.4), pompa air energi termal dengan jenis (pulsa jet

  

air) (Gambar 2.1 dan Gambar 2.5), serta pompa air energi termal dengan jenis

fluidyn (Gambar 2.7 dan Gambar 2.8). Pada penelitian ini dibuat pompa energi

  termal jenis nifte (nifte pump) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

  Prinsip kerja jenis nifte pump seperti gambar 2.2 Nifte pump memiliki dua silinder vertikal (1 dan 2) yang terhubung pada bagian atas (3), Sambungan lain terdapat di bagian bawah menggunakan katup penghambat atau penutup (4). Pada saat tekanan uap yang dihasilkan oleh evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.

  9

Gambar 2.3. Pompa air tenaga panas jenis nifte (Sumber :

  

Gambar 2.4. Pompa air tenaga panas matahari jenis nifte (Sumber :

  

  10

Gambar 2.5. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ( Sumber : Smith 2005 )Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

  ( Sumber : Smith 2005)

  11

  Keterangan bagian-bagian pulse jet :

  1. Fluida air

  5. Tuning pipe

  2. Sisi uap

  6. Katup hisap

  3. Sisi panas

  7. Katup buang

  4. Sisi dingin Prinsip kerja pompa air jenis pulsa jet (water pulse jet pump) adalah sebagai berikut: Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spiritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pada saat pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (di bawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap bertekanan 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 karena pendinginan) disebut satu siklus tetapi siklus ini berlangsung cepat. Pompa ini dilengkapi dengan dua buah katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

  12

Gambar 2.7. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ( Sumber : Smith

  2005 )

  Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

  1. Displacer

  6. Katup hisap

  2. Penukar panas

  7. Katup buang

  3. Pemicu regenerasi

  8. Sisi volume mati

  4. Penukar panas

  9. Pengapung

  5. Tuning pipe

  13

  Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan udara dengan tekanan dan temperatur tertentu, sehingga fluida di bagian sisi panas turun dan memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang menyebabkan air terdorong keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan penukar panas, kemudian fluida pada sisi dingin menggantikan atau mengisi kembali fluida sistem di bagian sisi panas

2.3 Persamaan yang Digunakan

  Frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : f = (Hz) (2.1) dengan : n : banyak langkah osilasi t : waktu yang diperlukan (detik) Kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : v = f x C (m/s) (2.2) dengan : f : frekuensi (Hz) C : 2 x panjang langkah (1 x osilasi) (m)

  14

  Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :

  3 Q = A x v (m /s) (2.3)

  dengan :

2 A : luas penampang selang (m )

  v : kecepatan alir air (m/s) Tekanan yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan :

  2 P = x g x H (N/m ) (2.4)

ρ

  dengan :

  3

  : massa jenis air (kg/m )

  ρ

  2

  g : percepatan grafitasi (m/s ) H : head pemompaan (m) Daya pemompaan yang dihasilkan nifte pump dapat dihitung dengan persamaan :

  Wn = P x Q (watt) (2.5) dengan :

  2 P : tekanan yang dihasilkan (N/m )

  3 Q : debit pemompaan (m /s)

  15

  Untuk mengetahui daya spiritus, harus dilakukan eksperimen sederhana terlebih dahulu. Uji coba dilakukan dengan cara memanaskan air dan spiritus digunakan sebagai fluida kerjanya. Air digunakan sebagai pendekatan untuk menghitung daya spiritus, karena air kapasitasnya diketahui dan mudah di dapat:

  W spiritus = (watt) (2.6)

  

( Sumber : Giles 1986)

  dengan : m : massa (kg) Cp : kalor jenis (J/kg

  C) T : perubahan suhu (

  C) t : selang waktu (detik)

  Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  Wp

  100 %  

  pompa Wspiritus (2.7)

( Sumber : Giles 1986)

  dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spiritus (watt)

  16

  Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan (2.8)

  Wp = x Q x g x H (watt)

  ρ ( Sumber : Giles 1986)

  dengan:

  3

   : massa jenis air (kg/m )

3 Q : debit pemompaan (m /s)

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s ) H : head pemompaan (m) Perhitungan debit air yang dikeluarkan oleh pompa

  V

  3

  (m /s) (2.9)

  Q  t (Sumber : Giles 1986)

  dengan:

3 V : volume air keluaran (m )

  t : waktu yang diperlukan (detik) Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

  

W

P (2.10)

    100 %

  pompa Wspiritus

(Sumber : Giles 1986)

  dengan : Wp : daya pemompaan (watt)

BAB III METODE PENELITIAN.

3.1. Skema Alat Penelitian

  Sistem pompa energi termal jenis nifte ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian saluran air dan pompa (evaporator). Sistem saluran air menggunakan pipa dan disusun pada rangka yang terbuat dari pelat besi siku. Pompa akan dihubungkan ke sistem saluran air dengan bantuan pipa dengan klep.

  9

  8

  1

  4

  2

  3

  5

  6 ¾ inci

  7

  5

  /

  8 inci

Gambar 3.1. Skema Alat Keterangan :

  1. Pendingin 6. Kondensor

  2. Karet tahan panas 7. Keran

  3. Evaporator 8. Lubang udara

  4. Pipa nifte 9. Pipa pengembunan

  5. Pipa osilasi Selain alat utama seperti Gambar 3.1, digunakan alat-alat pendukung sebagai berikut:

  a.

   Stopwatch

  Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mulai mengalir sampai air berhenti mengalir.

  b.

  Termokopel Dipakai untuk mengetahui suhu.

  c.

  Gelas ukur Dipakai untuk menghitung volume air yang dikeluarkan oleh pompa.

3.2. Prinsip Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis nifte. Prinsip kerja jenis nifte ialah air di dalam evaporator dipanasi, kemudian sebagian air menguap dan menekan air di pipa nifte menyebabkan air bergerak turun dan air di pipa osilasi bergerak keatas. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan penukar panas, di bagian sisi panas, hal ini terulang secara terus menerus disebut osilasi, osilasi ini dimanfaatkan untuk menggerakkan katup hisap dan katup tekan pada pompa air sehingga dapat menghisap air dari sumbernya dan memindahkannya ke posisi yang lebih tinggi.

3.3. Variabel yang Divariasikan

  Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Fluida pendingin (udara dan air).

2. Ketinggian awal air (diantara, ditengah, dan dibawah).

  (a) Posisi awal air berada (b) Posisi awal air berada di atas evaporator pada evaporator

  (c) Posisi awal air berada di bawah evaporator

Gambar 3.2. Variasi ketinggian awal air terhadap pemanas 3.

  Variasi bukaan keran ( bukaan penuh, tutup 45°, tutup 22,5° ).

  (a) Keran buka penuh (b) Keran ditutup 22.5 (c) Keran ditutup 45

Gambar 3.3. Variasi bukaan keran

5. Variasi penggunaan pompa (dengan dan tanpa pompa).

Gambar 3.4 Perangkat pompaGambar 3.5 Penerapan pompa pada nifte pump

  Tosen klep arah buka ke atas Sambungan ke pipa nifte

  Sambungan ke pipa osilasi osilasi Masukan air dari sumber keluaran air dari hasil pemompaan

  Tosen klep arah buka ke atas keluaran air dari hasil pemompaan

  Pipa osilasi

  5

  /

  8

  ” masukan air dari hasil pemompaan osilasi

  Sambungan ke pipa nifte Tangki air corong

6. Ukuran evaporator (20cm dan 40cm).

  20 cm 40 cm

Gambar 3.6 Variasi evaporator

  Variabel yang Diukur Variabel-variabel yang diukur antara lain : a.

  Suhu (T).

  Pada pipa pengembunan (T1) Pada pipaevaporator (T2) Pada sebelum masuk pendingin (T3) Pada setelah masuk pendingin (T4)

  T1 T2 T3 T4

Gambar 3.7 Posisi penempatan termokopel b.

  Panjang langkah (l).

  l a.

  b. Posisi air c.Posisi air . Posisi awal air osilasi naik osilasi turun

Gambar 3.8 Pengukuran panjang langkah c.

  Waktu untuk melakukan 10 kali osilasi. Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut digunakan dalam perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), tekanan pompa (P), daya pompa (Wp) dan efisiensi pomp a (η pompa).

3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data

  Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

  Langkah

• – langkah pengambilan data pompa : a.

  Air diisikan kedalam alat sampai dengan bagian atas evaporator.

  3. Pemanas diletakan pada pipa evaporator.

  2. Percobaan ketiga, keran ditutup 45 dan tanpa pendingin.

  Air diisikan kedalam alat sampai dengan bagian atas evaporator.

  Percobaan ketiga (Variasi 3) 1.

  c.

  5. Suhu, waktu seta panjang langkah yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit dicatat.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  2. Percobaan kedua, keran ditutup 22.5 dan tanpa pendingin.

  2. Percobaan pertama, keran buka penuh dan tanpa pendingin.

  Air diisikan kedalam alat sampai dengan bagian atas evaporator.

  Percobaan pertama (Variasi 1) 1.

  b.

  5. Suhu, waktu seta panjang langkah yang dihasilkan pompa setiap 10 menit selama 60 menit dicatat.

  4. Pemanas mulai dinyalakan.

  3. Pemanas diletakan pada pipa evaporator.

  Percobaan kedua (Variasi 2) 1.