Pompa air energi termal dengan evaporator 44 CC dan pemanas 78 watt - USD Repository
POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR
44 CC DAN PEMANAS 78 WATT
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
TRIYONO SETIYO NUGROHO
NIM : 065214050
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
THERMAL ENERGY WATER PUMP
WITH 44 CC EVAPORATOR
AND 78 WATT HEATER
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by
TRIYONO SETIYO NUGROHO
NIM : 065214050
MECHANICAL ENGINERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERCITY
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi tidak semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Untuk selanjutnya pompa termal ini akan dikembangkan dengan menggunakan pemanas dengan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound
Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang karakteristik
kolektor surya jenis cpc tersebut. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar dengan cpc.
Pompa air energi termal terdiri dari 4 (empat) komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning pipe (pipa osilasi). Sedangkan bagian utama pada kolektor surya adalah (1) reflektor dengan alumunium foil, (2) pipa riser dan (3) CPC (Compound Parabolic Collector). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), V out dan t out pemompaan. Sedangkan pada kolektor adalah temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8) dan radiasi surya yang datang (G). Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head (1,75 m, 1,50 m dan 1 m), bukaan kran (0º, 15º, dan 30º) dan variasi pendingin (udara dan air). Hasil penelitian menunjukkan debit maksimum (Q) 0,417 (liter/menit), daya pompa maksimum (Wp) 0,119 watt, efisiensi pompa maksimum (
η pompa) 0,152 %, faktor efisiensi kolektor maksimum (F’) 0,9785, efisiensi kolektor maksimum (η kolektor) 10,226 %
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian 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 “ Pompa Air
Energi Termal Dengan Evaporator 44 cc Dan Pemanas 78 watt “ 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 sekaligus Dosen Pembimbing Akademik.
3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam penelitian ini.
Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang bersifat membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.
Yogyakarta, 16 Desember 2009 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... iTITLE PAGE .................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ........... vi
INTISARI .......................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR....................................................................................... viii
DAFTAR ISI...................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR......................................................................................... xiii
BAB I. PENDAHULUAN................................................................................. 1
1.l Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................ 2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................................... 3
BAB II. DASAR TEORI................................................................................... 4
2.1 Penelitian Yang Pernah Dialakukan .................................................. 4
2.2 Dasar Teori......................................................................................... 5
BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................. 13
3.3 Variabel Yang Divariasikan............................................................ 16
3.4 Variabel Yang Diukur..................................................................... 18
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ........................................ 20
3.6 Analisa Data ................................................................................... 21
3.7 Peralatan Pendukung....................................................................... 21
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 23
4.1 Data Penelitian ................................................................................ 23
4.2 Perhitungan ..................................................................................... 33
4.2.1. Perhitungan Pompa............................................................... 33
4.2.2. Perhitungan Kolektor............................................................ 45
4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ...................................................... 40
4.4 Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC........................................... 45
BAB V. PENUTUP........................................................................................ 50
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 50
5.2 Saran ............................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA.................................................................................... 52
LAMPIRANDAFTAR TABEL
4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º .....................23
4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º.....................23
4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º.......24
4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º......25
4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup30 º.......26
4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º..... 26
4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m........27
4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m......28
4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m........29
4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m......29
4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m.............30
4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m...........31
4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara.....................31
4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara....................32
4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air..........................33
4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air........................34
4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran........................................35
4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head..................................35
4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin.............................................35
4.20 Data I Temperatur Penelitian Kolektor CPC.........................................36
4.21 Data II Temperatur Penelitian Kolektor CPC........................................36
DAFTAR GAMBAR
2.1. Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet air ............................5
2.2. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Fluidyn Pump ........................6
2.3. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Nifte Pump ............................6
2.4. Gambar Kolektor Plat Datar Konvensional............................................9
2.5. Gambar Kolektor Plat Datar Evacuate Tube..........................................9
2.6. Gambar Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung......................................10
2.7. Gambar Kolektor Plat Datar Parabolik Jenis Piringan...........................11
3.1 Gambar Skema Alat Penelitian..............................................................13
3.2 Gambar Detail Evaporator.....................................................................14
3.3 Gambar CPC Pada Kolektor..................................................................14
3.4 Gambar Variasi Bukaan Kran................................................................17
3.5 Gambar Variasi Ketinggian Head..........................................................17
3.6 Gambar Variasi Pendinginan.................................................................18
3.7 Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa...............................................19
3.8 Gambar Posisi Termokopel Pada Kolektor............................................19
4.1 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa.......................................................................43
4.2 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa..................................................................44
4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m
4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara....................................................47
4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 15º Head 1,75 m dan Pendingin Udara.........................................................48
4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 30º Head 1,75 m dan Pendingin Udara.........................................................49
4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Pendingin Air Bukaan Kran 30º dan Head 1,75 m ...............................50
4.9 Gam bar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data I Kolektor CPC..........................................................51
4.10 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data II Kolektor CPC.........................................................52
4.11 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data III Kolektor CPC.......................................................53
4.12 Gambar Gr afik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC.......................................................54
4.13 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I Kolektor CPC.........................................................................................55
4.14 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II Kolektor CPC.........................................................................................56
4.15 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita punya tidak kita olah dengan sebaik- baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini sangatlah mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.
Selama ini pada umumnya pompa air dapat digerakkan energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik, selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Alternatif lain pompa air energi termal, jenis pompa air energi termal yaitu pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (Water Pulse Jet), pompa air energi termal dengan jenis Fluidyn Pump dan pompa air energi termal
Pada penelitian ini memilih pompa air energi termal jenis pulsajet air karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana serta mempunyai komponen yang mudah dibuat dan selanjutnya penelitian ini akan dikembangkan dengan menggunakan energi surya. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut akan digunakan kolektor surya plat datar jenis Compound Parabolic Collector (CPC) sehingga perlu dilakukan penelitian tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan untuk pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.
1.2. Perumusan Masalah
Pada penelitian ini adalah model pompa air energi termal dengan variasi bukaan kran, ketinggian head dan jenis pendinginan untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan ef isiensi pompa (η pompa) yang dihasilkan dan penelitian karakteristik kolektor surya plat datar jenis cpc untuk mengetahui radiasi surya yang datang (G
), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor). Pada pengujian pompa beberapa variabel yang diukur saat pengujian yaitu suhu T1, T2, T3, T4, waktu pemompaan (t out) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V) sedangkan variabel yang diukur saat pengujian kolektor yaitu suhu
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian : 1.
Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse
Jet ).
2. Mengetahui faktor efisiensi kolektor (F’) dan efisiensi kolektor (η kolektor) maksimum kolektor surya plat datar dengan Compound
Parabolic Collector (CPC) .
Manfaat penelitian : 1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.
2. Dapat diaplikasikan dimasyarakat luas khusunya masyarakat Indonesia pada umumnya.
3. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.
BAB II DASAR TEORI
2.1. Penelitian yang pernah dilakukan
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 – 5 m
(Mahkamov, 2003), Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 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
2.2. Dasar Teori
Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (water pulse jet), pompa air energi termal dengan jenis fluidyn
pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada penelitian ini
dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water pulse jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.
Untuk jenis-jenis pompa air dapat dilihat pada gambar berikut ini: Keterangan :
1. Fluida air
2. Sisi uap
3. Sisi panas
4. Sisi dingin
5. Tuning pipe
6. Katup hisap
7. Katup buang
Keterangan :
1. Displacer
2. Penukar panas
3. Pemicu regenerasi
4. Penukar panas
5. Tuning pipe
6. Katup hisap
7. Katup buang
8. Sisi volume mati
9. Pengapung
Gambar 2.2 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn PumpKeterangan :
1. Kekuatan piston
2. Beban
3. Silinder displacer
4. Evaporator
5. Kondenser
6. Katup
7. Saturator
8. Difusi kolom Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan:
V Q
(2.1)
t
dengan: v : volume air tiap satuan waktu (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:
W . g . Q . H
(2.2)
P
dengan:
3
: massa jenis air (kg/m )
2
g : percepatan gravitasi (m/s )
3 Q : debit pemompaan (m /s)
H : head pemompaan (m) Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
m . c . T p
W spirtus
(2.3)
t m : massa air (kg)
air
C p : panas jenis air (J/K)
o
C) Δ T : kenaikan temperatur ( t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (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 :
W P pompa
Wspritus
(2.4) dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)
Kolektor plat datar Kolektor plat datar terdapat 2 jenis yaitu kolektor plat datar konvensional dan kolektor plat datar evacuated tube. Jenis kolektor plat datar konvensional adalah jenis yang paling umum digunakan.Pada prinsipnya terdiri dari kotak berisolasi di dalamnya terdapat reflektor dari alumunium foil yang menangkap radiasi surya yang datang dan dipantulkan ke pipa riser dan CPC dari kayu sebagai penyangga pipa sekaligus sebagai parabola untuk memfokuskan evaporator. Jenis kolektor plat datar evacuated terdiri dari beberapa tabung individual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari beberapa tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated ini dapat mencapai
O
temperatur 120 C dan dapat dimanfaatkan untuk sistem pendingin absorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.
Gambar 2.4 Kolektor Plat Datar KonvensionalKolektor Plat Parabolik Kolektor ini menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu.Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam. Ada 2 jenis kolektor plat parabolik yaitu jenis tabung (Through) dan piringan (Dish). Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan
O O
temperatur 90 C sampai 290 C dengan efisiensi maks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja. Jenis piringan (dish) kemampuan
O
pemanasannya lebih besar dari jenis Trough, dapat mencapai temperatur 800 C dengan efisiensi tertinggi 70%. Karena titik fokusnya hanya 1 maka jenis ini harus selalu mengikuti gerak matahari karenanya jenis ini memiliki 2 sumbu gerak. Modifikasi jenis ini dapat digunakan untuk menggerakkan Heat Engine kecil yang menggerakkan generator listrik untuk menghasilkan listrik sehingga pemindahan energinya menggunakan kabel dan bukan pipa.
Gambar 2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis PiringanFaktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor. Faktor efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan:
dT
s m . c . s sd
F ' (2.5)
Ac . . . G U .( T T ) L s 2 a
dengan : F’ : faktor efisiensi m s : massa oli evaporator ( kg ) c s : panas jenis oli (J/(kg.K)) θ : waktu pemanasan oli ( s )
2 Ac : luasan kolektor ( m )
U : faktor koefisien panas di kolektor
L
T s2 : temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (
C) T a : temperatur lingkungan (
C) Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam kolektor dari temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah energi termal yang datang selama interval waktu tertentu.
m C T . . f P
(2.6) kolektor
Ac G dt . .
dengan :
2 Ac : luasan kolektor (m )
C P : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K)) dt : lama waktu pemanasan (s)
2 G : radiasi surya yang datang (W/m )
m : massa fluida kerja pada evaporator (kg)
f
: kenaikan temperatur spritus (
C) ΔT
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Pompa termal Kolektor surya
Gambar 3.1 Skema Alat PenelitianKeterangan pompa :
1. Tuning pipe
7. Selang keluaran
2. Kran osilasi
8. Evaporator
3. Gelas ukur
9. Pendingin
4. Tangki hisap
10. Kran pengisi fluida Keterangan kolektor surya:
1. Isolasi
2. Reflektor
3. Pipa riser
4. CPC
5. Rangka
6. Evaporator
Gambar 3.2 Detail Evaporator Gambar 3.3 CPC Pada KolektorPompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:
1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian
3. Pendingin yaitu terdiri dari udara alami dan air dari kondenser /
thermosifon
4. Tuning pipe atau pipa osilasi Kolektor surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:
1. Reflektor dengan aluminium foil
2. Pipa riser
3. CPC (Compound Parabolic Collector )
3.2 Prinsip Kerja Alat
Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut : Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water pulse jet
pump). Kondenser yang digunakan berbentuk pipa pvc. Pada penelitian ini
menggunakan dua macam pendingin sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki yang dihubungkan ke kondenser dengan pipa evaporator Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami dan pendingin udara (alami).
Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan pluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup air dalam sistem terdorong keluar melelui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam kembali, 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 karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.
Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut : Kolektor yang digunakan adalah jenis kolektor CPC. Fluida yang digunakan didalam pipa evaporator yaitu oli. Kolektor menerima radiasi Energi surya yang datang dipantulkan oleh reflektor ke pipa riser yang berisi fluida oli. Oli yang panas akan mengalir secara alami ke dalam evaporator yang terletak diatas kolektor. Panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja pada pipa kecil bagian tengah evaporator yang dihubungkan ke pompa.
3.3 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Variasi bukaan kran yaitu 0º terbuka penuh, tertutup 15º, dan tertutup 30 º.
2. Variasi ketinggian head yaitu 1 m, 1,50 m, dan 1,75 m.
3. Variasi pendinginan yaitu udara dan air.
Gambar 3.4 Variasi Bukaan KranEvaporator Pendingin air
Gambar 3.6 Variasi Pendinginan3.4 Variabel yang Diukur
Variabel-variabel yang diukur yaitu temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3) temperatur udara sekitar (T4), temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi keluar kolektor (T6), temperatur evaporator pada pipa kecil (T7), temperatur kolektor masuk ke evaporator (T8), dan radiasi surya yang datang (G). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan radiasi surya yang datang (Gt), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor), debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa
Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada Pompa3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data
Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung.
Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah – langkah pengambilan data pompa :
1. Alat diatur pada ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0º dengan pendingin udara.
2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.
3. Memasang alat ukur yang digunakan.
4. Mengisi bahan bakar spirtus.
5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.
6. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4, t out dan volume air yang dihasilkan pompa
7. Ulangi no 1 – 6 pada variasi yang selanjutnya.
Langkah – langkah pengambilan data kolektor : 1. Persiapan alat.
2. Mengisi fluida kerja kolektor dengan fluida kerja oli.
3. Pemanasan kolektor dibawah terik sinar matahari langsung.
4. Mencatat suhu T5, T6, T7, T8 dan radiasi surya yang datang pada rentang waktu tertentu (G ).
3.6 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (W p ) dan efisiensi pompa ( pompa ).
η Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian kolektor yaitu : temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8),dan radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu vs daya pemompaan dan efisiensi pompa, waktu vs efisiensi kolektor dan faktor efisiensi kolektor.
3.7 Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
a. Solar Meter
2
b. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.
c. Gelas Ukur Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.
d. Ember Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
f. Thermo Logge r Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit.
g. Termokopel Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display.
23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Waktu T1 T2 T3 T4
54
34
24 16:00
44
43
34
25 16:02
58
56
35
24 16:04
56
56
42
25 16:06
57
48
41
Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º25
40
54
53
25 16:12
56
42
56
24 16:10
41
56
56
24 16:08
45
15:58
15:40
24 15:44
58
47
24 15:46
34
50
43
28
24 15:48
35
35
24 15:42
28
35
36
40
56
Waktu T1 T2 T3 T4
58
Pada pengambilan data penelitian ini memperoleh data pompa dan kolektor seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.23.
43
59
58
24 15:54
43
57
57
24 15:52
40
60
53
25 15:50
40
24 Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º
24
41
25 16:24
42
58
58
24 16:22
32
38
20
24 16:20
33
42
56
25 Waktu T1 T2 T3 T4 16:18
40
51
50
24 17:08
41
52
50
25 17:06
41
52
53
42
25 17:04
51
38
53
51
25 16:36
40
53
51
25 16:34
40
53
25 16:32
25 16:26
40
53
51
25 16:30
42
56
52
25 16:28
42
54
52
49
41
Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°52
25 16:48
38
53
51
25 16:46
40
52
50
24 16:44
40
52
54
25 16:42
38
51
46
24 16:40
35
51
46
16:38
Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°51
38
54
Waktu T1 T2 T3 T4
52
25 17:02
33
39
39
25 17:00
33
41
41
16:58
25 Tabel 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
25 16:50
38
52
49
25 16:54
38
52
50
25 16:52
40
53
51
25
25
40
24 15:52
40
60
53
25 15:50
40
57
56
24 15:48
58
58
47
24 15:46
34
50
43
24 15:44
28
35
35
24 15:42
57
43
35
43
42
56
56
24 16:04
35
56
58
25 16:02
34
44
24 15:54
24 16:00
34
45
48
15:58
Waktu T1 T2 T3 T4
24 Tabel 4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
43
59
58
28
36
Tabel 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°51
42
52
51
25 17:26
41
51
50
25 17:24
41
49
50
24 17:22
37
50
46
24 17:20
35
46
45
17:18
Waktu T1 T2 T3 T4
25 17:28
52
15:40
40
Waktu T1 T2 T3 T4
24 Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
37
52
50
24 17:38
37
51
50
24 17:36
54
41
51
25 17:34
38
52
49
25 17:32
40
52
50
25 17:30
25
26
50
37
51
49
24 18:22
37
51
49
25 18:20
38
51
24 18:18
50
38
50
48
25 18:16
38
50
48
25 18:14
37
49
25 18:24
51
24 18:12
48
38
50
46
24 18:40
40
50
48
24 18:38
40
49
24 18:36
38
41
37
40
24 18:34
30
35
37
18:32
Waktu T1 T2 T3 T4
25 Tabel 4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
46
37
Tabel 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m52
25 17:58
40
51
49
25 17:56
41
50
49
24 17:54
40
52
51
24 17:52
29
34
35
24 17:50
28
35
35
17:48
Waktu T1 T2 T3 T4
49
40
49
59
46
25 18:10
35
48
44
18:08
Waktu T1 T2 T3 T4
24 Tabel 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m
40
51
25 18:06
25 18:00
38
51
50
24 18:04
40
51
49
25 18:02
40
51
49
24
27
59
48
67
59
24 18:03
48
68
59
24 18:02
48
67
24 18:01
59
49
67
59
24 18:00
51
68
59
24 17:59
48
67
24 18:04
67
24 17:58
50
35
51
46
24 18:11
36
51
48
25 18:10
38
51
24 18:09
48
43
60
53
18:08
Waktu T1 T2 T3 T4
24 Tabel 4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
48
67
59
24 18:05
59
49
Tabel 4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m46
24 18:58
38
49
46
25 18:56
38
48
45
25 18:54
38
44
49
25 18:52
36
46
43
24 18:50
34
43
43
18:48
Waktu T1 T2 T3 T4
46
38
67
43
59
24 17:57
48
66
58
24 17:56
44
66
54
24 17:55
67
24 19:00
57
17:54
Waktu T1 T2 T3 T4
24 Tabel 4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
37
50
46
24 19:02
38
50
46
24
28
24
41
29
65
46 16:00
41
26
62
43 15:58
41
62
65
41 15:56
41
22
62
40 15:54
40
22
64
28 15:52
36
46 16:02
30
59
41
50 Tabel 4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air