UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR MIRING MENGGUNAKAN DUA PIPA PARALEL

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

i

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN

EVAPORATOR MIRING MENGGUNAKAN DUA PIPA

PARALEL

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin

  

Diajukan oleh :

ORYZA SATIVA ANDRIANTO

095124021

  Kepada

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ii

THERMAL ENERGY WATER PUMP PERFORMANCE WITH

SLOPES EVAPORATOR USING TWO PARALLEL PIPE

FINAL PROJECT

  Presented As Partitial Fulfilment of The Requirement As To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering proposed by:

  

ORYZA SATIVA ANDRIANTO

095124021

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  iii TUGAS AKHIR UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR MIRING MENGGUNAKAN DUA PIPA PARALEL Disusun oleh: Nama : Oryza Sativa Andrianto NIM : 095214021 Telah disetuji oleh Pembimbing Utama tanggal 9 November 2012 Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

iv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak memuat karya yang pernah diajukan pada suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang secara tertulis dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 26 Juni 2012 Penulis

  Oryza Sativa Andrianto

  

v

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

vi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan Tugas Akhir dengan judul

  “UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR MIRING MENGGUNAKAN DUA PIPA PARALEL ”. Penulisan laporan Tugas akhir ini merupakan

  prasyarat kelulusan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan penelitian ini, khususnya kepada : 1.

  Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

  2. Ir.Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

  3. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

  5. Dosen-dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.

  6. Terima kasih kepada Ayah dan Ibu yang telah memberi motivasi dan doa sehingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir.

  7. Terima kasih kepada Christian Halim, Albertus Theo Sugiarto, Galih Aji Sanjaya untuk bantuannya dalam proses pembuatan alat dan pengambilan data.

  8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Sanata Dharma.

  vii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan yang telah memberikan bantuan dalam penulisan Tugas Akhir.

  Akhir kata, dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan laporan Tugas Akhir ini.

  Yogyakarta, 26 Juni 2012 Penyusun

  viii

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR ISI

  Halaman Judul .................................................................................................................. i Title Page .................................................................................................................... ii Halaman Persetujuan ....................................................................................................... iii Halaman Pengesahan ....................................................................................................... iv Pernyataan Keaslian Karya ............................................................................................... v Halaman Publikasi ............................................................................................................ vi Kata Pengantar ................................................................................................................ vii Daftar Isi .................................................................................................................... ix Daftar Gambar ................................................................................................................. xi Daftar Tabel .................................................................................................................... xiii Abstrak .................................................................................................................... xvi

  

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

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

  1.2 Tujuan .................................................................................................................. 2

  1.3 Manfaat .................................................................................................................... 2

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

  

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ................................................ 4

  2.1 Tinjauan Pustaka ......................................................................................................... 4

  2.2 Dasar Teori ................................................................................................................. 10

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................................... 13

  3.1 Skema Alat Penelitian ................................................................................................. 13

  3.2 Variabel yang di variasikan ........................................................................................ 14

  ix

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.3 Variabel yang di ukur .................................................................................................. 17

  3.4 Langkah Penelitian ..................................................................................................... 18

  

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 19

  4.1 Data Penelitian ............................................................................................................ 19

  4.2 Perhitungan Unjuk Kerja Pompa ................................................................................ 23

  4.3 Pembahasan ................................................................................................................ 28

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 41

  5.1 Kesimpulan ................................................................................................................ 41

  5.2 Saran .................................................................................................................... 41 Daftar Pustaka ................................................................................................................... 42

  x

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Dasar ............................................................................................... 8Gambar 2.2 Pompa Kwant.............................................................................................. 9Gambar 2.3 Pompa Modifikasi ....................................................................................... 9Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian ................................................................................. 13Gambar 3.2 Variasi volume eter ..................................................................................... 15Gambar 3.3 Variasi udara awal pada tabung udara tekan ................................................ 15Gambar 3.4 Variasi head ketinggian ............................................................................... 16Gambar 3.5 Variasi tabung udara tekan .......................................................................... 16Gambar 3.6 Posisi variabel yang diukur ......................................................................... 17Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit dengan head dengan variasi volume eter 675 ml, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara tekan. .......................... 28Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa dengan head dengan variasi volume eter 675 ml, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara tekan. ............. 29Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi dengan head dengan variasi volume eter 675 ml, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara tekan. .................... 30Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit dengan volume eter pada variasi head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara

  tekan............................................................................................................ 31

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa dengan volume eter pada variasi head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara

  tekan............................................................................................................ 32

  xi

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.6 Grafik perbandingan antara volume eter dengan efisiensi pada variasi head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara

  tekan. ......................................................................................................... 33

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit dengan kolom udara tabung tekan dengan daya pompa pada variasi head 325 cm, volume eter 675 ml dan 2 tabung udara

  tekan. ......................................................................................................... 34

Gambar 4.8 Grafik perbandingan antara volume tabung udara tekan dengan daya pompa pada variasi head 325 cm, volume eter 675 ml dan 2 tabung udara

  tekan. ......................................................................................................... 35

Gambar 4.9 Grafik perbandingan antara efisiensi dengan volume tabung udara tekan pada variasi head 325 cm, volume eter 675 ml dan 2 tabung udara tekan. ... 36Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit dengan jumlah variasi tabung udara tekan pada saat variasi volume eter 755 ml, head 325 cm ............................................. 37Gambar 4.11 Grafik perbandingan antara daya pompa dengan jumlah tabung udara tekan pada saat variasi volume eter 755 ml, head 325 cm ........................... 38Gambar 4.12 Grafik perbandingan antara efisiensi dengan jumlah tabung udara tekan pada saat variasi volume eter 755 ml, head 325 cm ..................................... 39Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara tekanan hasil pemompaan dengan tabung jumlah tabung udara tekan pada saat variasi volume eter 755 ml, head 325

  cm .............................................................................................................. 40

  xii

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head 325 cm, volume udara tekan 11,9 l dan 2 tabung udara tekan. .................................. 19Tabel 4.2 Data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................ 19

Tabel 4.3 Data variasi dengan menggunakan volume eter 910 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................ 20

Tabel 4.4 Data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 5,9 l dan 1 tabung

  udara tekan. ................................................................................................ 20

Tabel 4.5 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2 tabung

  udara tekan................................................................................................. 21

Tabel 4.6 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................ 21

Tabel 4.7 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 244 cm, volume tabung udara tekan 11,9 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................ 22

  xiii

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.8 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 284 cm, volume tabung udara tekan 11,9 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................. 22

Tabel 4.9 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume udara tekan 11,9 l dan 2 tabung udara

  tekan............................................................................................................ 22

Tabel 4.10 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head 325 cm, volume udara tekan 11,9 l dan 2 tabung udara tekan. ........ 24Tabel 4.11 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 25

Tabel 4.12 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 910 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 25

Tabel 4.13 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 5,9 l dan 1

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 26

Tabel 4.14 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2

  tabung udara tekan ....................................................................................... 26

Tabel 4.15 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 27

  xiv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.16 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 244 cm, volume tabung udara tekan 11,9 l dan 2

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 27

Tabel 4.17 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 284 cm, volume tabung udara tekan 11,9 l dan 2

  tabung udara tekan. ...................................................................................... 27

Tabel 4.18 Hasil perhitungan data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume udara tekan 11,9 l dan 2 tabung

  udara tekan. ................................................................................................. 28

  xv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

  Air merupakan kebutuhan pokok bagi manusia.Setiap hari air digunakan untuk kebutuhan hidup seperti makan, mandi, dan sebagainya. Pada umumnya cara mendapatkan air masih menggunakan cara tradisional yaitu dengan cara menimba atau mengambil dari mata air maupun sungai. Selain menimba juga dapat menggunakan pompa air listrik. Energi tersebut diperoleh dari energi yang menggunakan bahan bakar fosil. Sedangkan saat ini bahan bakar fosil sudah mulai habis karena bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui lagi. Untuk mengurangi kebutuhan akan bahan bakar fosil maka dibuat model pompa air energi termal. Pompa air ini dapat menggunakan panas yang berasal dari batu bara atau kayu bakar. Dalam penilitian ini digunakan uap air sebagai sumber panas yang digunakan untuk menguapkan fluida kerja eter. Untuk meneliti unjuk kerja pompa maka dilakukan variasi seperti volume eter (675 ml, 755 ml, 910 ml), head pemompaan (325cm, 288cm, 244cm), volume tabung udara tekan (5,9 l; 4,6 l; 3,4 l) dan jumlah tabung udara tekan yaitu menggunakan satu dan dua tabung udara tekan. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh hasil debit maksimal yaitu 1,1 1/menit, efisiensi pompa terbesar 0,08 %, dan daya pompa maksimal yang dihasilkan 0,55 watt pada saat volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung tekan 6,8 l dan menggunakan 2 tabung udara tekan.

  Kata kunci : pompa air energi termal, eter, debit, daya pompa, efisiensi.

  

xvi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Air merupakan salah satu kebutuhan paling penting bagi kehidupan manusia.

  Setiap harinya manusia tidak dapat lepas dari kebutuhan akan air, seperti minum, memasak, mencuci, mandi, dan sebagainya. Untuk itu dibutuhkan alat yang dapat digunakan untuk memperoleh air dari beberapa sumber mata air. Salah satu dari alat tersebut yaitu pompa air.

  Dalam kenyataannya pompa air yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari menggunakan energi berbahan bakar fosil seperti minyak bumi dan energi listrik.

  Pada beberapa tahun ini banyak negara sangat gencar untuk mengurangi penggunaan energi berbahan bakar fosil karena energi tersebut akan habis.

  Indonesia sendiri adalah salah satu negara dengan konsumsi bahan bakar fosil terbesar. Setiap harinya bahan bakar digunakan untuk banyak hal, salah satunya untuk menghasilkan tenaga listrik. Tenaga listrik dapat digunakan untuk banyak hal, salah satunya untuk menyalakan pompa air. Dalam kenyataannya masih banyak daerah di Indonesia yang belum terdapat jaringan listrik. Selain belum terdapatnya jaringan listrik, untuk suplai bahan bakar minyak bumi ke pelosok daerah juga kurang terjangkau karena sarana transportasinya kurang memadai. Akibatnya, masyarakat yang belum terjangkau menjadi beralih menggunakan cara tradisional seperti menimba, membawa ember menuju sumber mata air. Apabila pekerjaan tersebut dapat digantikan oleh alat maka tenaga manusia dapat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  digunakan untuk pekerjaan lain yang lebih produktif. Selain itu waktu yang digunakan untuk melakukan pekerjaan yang lebih produktif juga lebih lama.

  Untuk itu dibutuhkan pompa air yang dapat digunakan untuk daerah yang belum dapat dijangkau oleh sarana transportasi. Salah satunya yaitu pompa air dengan tenaga termal. Pompa ini tidak membutuhkan minyak bumi maupun listrik karena energi yang digunakan didapat dari panas matahari maupun dari batu bara atau dari sumber panas yang lainnya. Untuk itu penelitian ini dibuat agar energi yang ada dapat di optimalkan. Pompa air energi termal yang dibuat pada penelitian ini adalah pompa air dengan evaporator miring menggunakan dua pipa paralel. Untuk fluida kerja yang digunakan pada penelitian ini yaitu dietil eter. Pemilihan fluida kerja tersebut karena mempunyai titik didih yang rendah.

1.2.Tujuan 1.

  Membuat pompa air energi termal yang sederhana dan bahan yang ada di pasar lokal, dan teknologi lokal yang ada.

2. Meneliti unjuk kerja pompa (efisiensi, daya pompa dan debit).

1.3. Manfaat

  Beberapa manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini yaitu 1.

  Untuk menambah kepustakaan mengenai model pompa air energi termal.

2. Dapat dikembangkan sebagai pompa air alternatif yang menggunakan energi yang terbaharukan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.4.Batasan masalah

  Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air termal diperlukan fluida kerja yang mempunyai karakteristik yang sama. Pada penelitian ini fluida kerja yang digunakan yaitu dietil eter. Dalam kenyataannya karakteristik dietil eter yang dijual di toko kimia belum tentu sama. Untuk itu ditetapkan nilai hfg dietil eter

  3 digunakan yaitu 360,2 kJ/kg dan untuk massa jenis eter sebesar 0,7134gr/cm .

  Untuk cp eter sebesar 2,21 kJ/kg K. Sedangkan daya kompor listrik yang digunakan untuk memanaskan eter sebesar 1000 watt.

  Selain panas laten untuk meneliti unjuk kerja pompa air energi termal diperlukan juga tekanan. Karena keterbatasan alat ukur maka tekanan udara yang digunakan pada penelitian ini diasumsikan sebesar 1 bar (tekanan absolut).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

  Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya 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 et. al., 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). Eksperimen dan pengembangan pompa air energi termal “sederhana” yang bekerja dengan prinsip siklus stirling dapat memompa air secara efektif dengan head pemompaan 2 sampai 5 meter. Pompa dapat dibuat dari bahan sederhana (kaca dan plastik) karena temperatur dan tekanan kerja pompa tidak terlalu tinggi. Selain dari bahan sederhana teknologi pembuatan pompa juga dapat dibuat di bengkel umum yang ada (Mahkamov et. al., 2003).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Analisa termodinamika secara teoritis untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya mendapatkan hasil yang berbeda dengan yang didapatkan secara eksperimen. Fluida kerja yang digunakan adalah pentana dan luasan kolektor

  2

  yang digunakan seluas 1 m . Perbedaan disebabkan karena analisa secara teoritis menggunakan beberapa asumsi kondisi ideal. Setelah beberapa faktor koreksi yang didapatkan dari eksperimen dimasukkan dalam analisa teoritis maka dihasilkan kesesuaian antara analisa teoritis dan eksperimen (Sumathy et. al., 1996). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan fluida kerja

  2

  eter dan kolektor surya termal sederhana seluas 1 m untuk memompa air dengan debit 700 sampai 1400 liter/hari (tergantung pada head pemompaan yaitu 6 m sampai 10 m) dapat menghasilkan efisiensi antara 0,34% sampai 0,42% (Wong et. al., 2001). Pengujian prototipe pompa air energi termal yang bekerja berdasarkan siklus Rankine dan menggunakan fluida kerja refrijeran R113. Pengujian dilakukan untuk mengetahui efisiensi yang dihasilkan dengan

  O O

  memvariasikan temperatur air pendingin (16,7 C sampai 31,7

  C), head pemompaan (3,2m sampai 8 m) dan masukkan energi termal dengan menggunakan pemanas listrik (1926 W sampai 2592 W). Dari pengujian dihasilkan efisiensi siklus sebesar 6,8% sampai 9% (Spindler et. al., 1996).

  Penggunaan tangki penampung uap yang terpisah dari tangki pemisah uap dapat meningkatkan efisiensi pompa air energi surya termal. Eksperimen dilakukan dengan menggunakan fluida kerja organik dengan temperatur penguapan rendah yakni pentane (Sumathy et. al., 1996). Studi eksperimental pompa air energi surya termal untuk mengetahui pengaruh ukuran tangki pada unjuk kerja pompa

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2

  dilakukan dengan menggunakan kolektor termal surya seluas 10 m dan variasi head pemompaan 6m, 8m dan 10m. Hasil eksperimen memperliatkan bahwa terdapat ukuran optimal tangki pada kondisi kerja pompa tertentu yang menghasilkan efisiensi terbesar (Sumathy, 1999). Penelitian pompa air energi surya termal dilakukan untuk mengetahui temperatur dan tekanan minimal kolektor untuk memompa air dengan head pemompaan tertentu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk memompa air dengan head pemompaan 6 m diperlukan tekanan kolektor minimal sebesar 3,2 bar. Temperatur maksimal

  O kolekor pada penelitian ini sebesar 100 C dan tekanan maksimal sebesar 4,5 bar.

  Fluida kerja yang digunakan adalah pentana sebanyak 13,5 kg. Energi surya

  2

  maksimal sebesar 900 W/m dengan lama waktu pengambilan data 5 jam yakni dari jam 9.00 sampai 14.00 (Sumathy, et. al.,1996). Penelitian pemanfaatan pompa air energi surya termal untuk mensirkulasikan air pada sistim pemanas air energi surya menghasilkan efisiensi termal yang lebih rendah ( 7-13% ) dibanding pemanas air energi surya konvensional yang menggunakan pompa listrik untuk mensirkulasikan air (30

• –60%) tetapi memiliki keunggulan yakni biaya operasional yang lebih rendah. Pada penelitian tersebut digunakan empat kolektor pelat datar dan tiga variasi head ( 1m; 1,5 m dan 2 m ). Efisiensi harian pompa yang dihasilkan sebesar 0,0014 - 0,0019% dengan debit 12-59 liter/hari.

  O

  Temperatur kolektor mencapai 70-90 C dan tekanan uap yang dihasilkan sebesar 7-14 kPa (Natthaphon et. al., 2007). Pompa air energi surya termal dengan menggunakan prinsip siklus Rankine dan kolektor jenis fokus digunakan untuk irigasi di India. Efisiensi pompa mencapai 2-2,5% dengan head pemompaan 3,5m

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3

  dan debit sebesar 20m /hari (Oppen et. al.,2001). Simulasi untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi surya termal di Iran menggunakan data cuaca tahunan setempat menghasilkan efisiensi dan debit rata-rata sebesar 2,804% dan

  3

  3

  20m /hari. Debit terbesar terjadi pada bulan Juli sebesar 35m /hari dan terendah

  3

  pada bulan Januari sebesar 12m /hari. Pompa bekerja berdasarkan prinsip siklus Rankine dan sebagai fluida kerja digunakan refrijeran R114 (Aghamohammadi et. al.).

  Beberapa modifikasi telah dilakukan oleh Kwant (gambar) dan Sudhakar (gambar) untuk meningkatkan efisiensi kerja pemompaan yaitu dengan menggunakan pelampung untuk mencegah kontak langsung antara uap fluida kerja dengan air dalam tangki. Kontak langsung antara uap dan air dapat mengakibatkan pengembunan dini sebagian uap yang digunakan untuk menekan air, karena pengembunan tersebut dapat mengurangi tekanan pemompaan. Efisiensi yang dicapai oleh Kwant menggunakan kolektor plat datar dengan luas

  2

  10 m sebesar 2 %. Sedangkan penelitian Sudhakar menghasilkan kapasitas pemompaan 800.000 liter / hari dan head pemompaan 9,1 m dengan

  2 menggunakan kolektor seluas 93 m .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.1 Pompa Dasar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.2 Pompa KwantGambar 2.3 Pompa Modifikasi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.2. Dasar Teori

  Pompa air energi termal umumnya terdiri dari b e b e r a p a komponen yaitu penggerak pompa air, saluran hisap, saluran tekan, evaporator. Pada bagian evaporator terhubung ke bagian penggerak pompa. Di dalam evaporator terdapat fluida kerja eter. Ketika e v a p o r a t o r menerima panas maka eter d id a la m p ip a akan menguap. P e ng u a p a n f lu i d a e t e r t e r se bu t a k a n me n ye ba bk a n tekanan akan naik, k a r e n a t e k a n a n t e r s e b u t a i r y a n g b e r a d a d i p o m p a b e n a m a k a n t e r d o r o n g u n t u k m e l a k u k a n k e r j a p e m o m p a a n sampai eter di dalam evaporator habis. Setelah proses pemompaan selesai maka uap eter yang masuk ke dalam tangki tekan mengalami pengembunan. Setelah terjadi pengembunan maka tekanan dalam pompa turun se h ingga air dari sumber akan terhisap masuk ke dalam pompa benam, bersamaan dengan hal ini eter akan mengalir kembali ke evaporator untuk dipanasi kembali. Siklus ini akan terjadi berulang-ulang selama masih ada sumber panas yang dapat digunakan untuk memanasi evaporator. Setiap satu langkah kerja tekan pompa (penguapan fluida kerja) dan satu langkah hisap (pengembunan uap fluida kerja) disebut satu siklus pemompaan. Pompa benam dilengkapi dengan dua katup satu arah, masing-masing t e r d a p a t pada sisi hisap (katup hisap) dan sisi tekan (katup tekan). Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air h a n y a mengalir ke tangki penampung atas dan pada langkah hisap, air yang dihisap hanya air dari tangki sumber. Unjuk kerja pompa air energi termal dinyatakan dengan efisiensi pompa (

  η Pompa), daya pompa, dan debit yang dihasilkan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Debit pemompaan dapat dihitung dengan persamaan : Q = ( l/detik ) ( 1 ) dengan :

  V volume air keluar (l) t waktu yang diperlukan (detik) Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

  = ( 2 ) x x x ℎ ( watt ) dengan :

  3

  massa jenis air (kg/m ) ρ

  2

  g percepatan gravitasi (m/detik ) Q debit pemompaan (l/detik) h head pemompaan (m) Untuk memperoleh efisiensi diperlukan daya pemanasan laten. Oleh karena itu daya pemanasan dapat dihitung dengan persamaan :

  W pemanasan laten = m eter x hfg eter ( watt ) ( 3 ) t pemanasan dengan : m eter massa eter (kg) hfg eter kalor laten penguapan (kJ/kg) t pemanasan waktu pemanasan (detik)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Untuk efisiensi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ( 4 )

  = 100% Untuk kompresi udara pada tabung tekan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut

  =

  P

  1 x V

  1 P 2 x V 1 ( 5 )

  P

  2 = P 1 x V

  1 V

  2

  dengan : P Tekanan udara awal (1bar)

  1 V

  1 Volume udara awal (liter)

  V

  2 Volume udara akhir (liter)

  P

2 Tekanan yang dihasilkan (bar)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Skema Alat Penelitian

  Pada penelitian ini alat yang digunakan seperti pada skema ( Gambar 3.1 )

Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian

  Keterangan : 1.

  Evaporator dengan kemiringan 30

  o .

  2. Tabung pemisah eter.

  3. Manometer.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  4. Kotak pendingin.

  5. Tabung penampung eter.

  6. Tabung udara tekan bagian bawah.

  7. Tabung udara tekan bagian atas.

  8. Manometer.

  9. Pipa buang.

  10. Pompa benam.

  11. Tangki penampung air.

  12. Katup hisap.

  13. Katup tekan.

  14. Gelas ukur. Selain itu digunakan juga alat-alat pendukung pada penelitian ini. Alat-alat pendukung tersebut seperti :

  1. Termo logger : digunakan untuk mengukur temperatur di evaporator. 2. : digunakan untuk mengukur waktu pemompaan, pendinginan kondensor,

  Stopwatch dan waktu pemanasan.

  3. Gelas ukur : digunakan untuk mengukur volume air hasil pemompaan dan volume eter yang digunakan pada saat penelitian.

  4. Pompa listrik : digunakan untuk menaikan kolom air pada saat penelitian.

  5. Pompa vakum : digunakan untuk mengeluarkan udara pada pipa tembaga di evaporator untuk uji kebocoran.

3.2. Variabel Yang Divariasikan

  Ada beberapa variabel yang divariasikan pada penelitian ini yaitu : 1.

  Volum eter yang divariasikan pada percobaan ada tiga, yaitu 675 ml, 755 ml dan 910 ml.

  Volum tersebut diperoleh dari variasi ketinggian pada tabung penampung eter. Dari ketinggian tersebut dapat dihitung berapa volum eter yang terdapat pada tabung penampung eter. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3.2.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.2 Variasi volume eter 2.

  Untuk volum udara awal divariasikan berdasarkan tinggi air dalam tabung. Dengan memvariasikan tinggi air dalam tabung maka dapat dihitung volum udara pada tabung udara tekan. Dari hasil variasi tersebut diperoleh volum udara pada tabung tekan sebesar 6,8 liter; 9,2 liter dan 11,8 liter. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Variasi udara awal pada tabung udara tekan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3. Tinggi head pompa yang divariasikan sebanyak 3, yaitu dengan ketinggian 244 cm, 284 cm, dan 325 cm. Untuk variasi head ketinggian dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Variasi head ketinggian 4.

  Jumlah tabung udara tekan yang divariasikan ada dua yaitu menggunakan satu tabung dan dua tabung udara tekan.

Gambar 3.5 Variasi tabung udara tekan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.3. Variabel Yang Diukur

  Ada beberapa variabel yang diukur pada saat penelitian. Variabel tersebut seperti : 1.

  Temperatur fluida yang keluar dari evaporator ( T1 ).

  2. Temperatur fluida yang masuk ke evaporator ( T2 ).

  3. Temperatur fluida di pipa penampung ( T3 ).

  4. Temperatur kotak pendingin ( T4 ).

  5. Tekanan evaporator ( P1 ).

  6. Tekanan tabung udara tekan ( P2 ).

  7. Waktu pemompaan.

  8. Waktu pendinginan.

  9. Volume hasil debit pemompaan. Untuk gambar detil variabel yang diukur terdapat pada Gambar 3.6

Gambar 3.6 Posisi variabel yang diukur

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.4. Langkah Penelitian

  Langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.

  Alat dibuat seperti pada skema alat ( Gambar 3.1 ).

  2. Alat-alat yang dibutuhkan dipersiapkan ( alat penelitian dan juga alat pendukung untuk pengambilan data ).

  3. Mula-mula eter diisi ke dalam tabung penampung eter. Pengisian eter disesuaikan dengan banyaknya volume yang akan divariasikan.

  4. Termokopel dipasang pada posisi sesuai gambar variabel yang diukur ( Gambar 3.6 ).

  5. Posisi tabung udara tekan dan head diatur sesuai dengan ketinggian yang akan divariasikan.

  6. Evaporator dipanaskan menggunakan uap air untuk menaikan titik didih eter.

  7. Setelah eter habis, bagian kotak pendingin didinginkan untuk pengembunan uap eter.

  8. Data yang perlu dicatat seperti volume air hasil pemompaan, temperatur fluida yang keluar dari evaporator ( T1 ), temperatur fluida yang masuk evaporator ( T2 ), temperatur fluida di pipa penampung ( T3 ), temperatur kotak pendingin ( T4 ), tekanan evaporator ( P1 ), tekanan tabung udara tekan ( P2 ), volume hasil pemompaan, waktu pemanasan dan pendinginan.

  9. Lakukan langkah 1-8 dengan variasi yang telah ditentukan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  C) Volum tabung tekan

  (detik)

  t pump

  (detik)

  t heat

  (bar)

  P evap

  (bar)

  ( l ) P tabung

  o

  (detik)

  (

  C) T4

  o

  (

  C) T3

  o

  (

  C) T2

  t cold

  Volume (l)

  T1 (

  41

  67 76 3,1 0,4 0,6

  43

  40

  67 76 5,6 0,25 230 113 621 1,8 eter pada akhir pemanasan habis

  41

  26

  65 76 3,1 0,4 0,6

  48

  69 77 5,6 0,25 228 107 718 1,8 eter pada akhir pemanasan habis

  Keterangan

  38

  26

  59 74 3,2 0,4 0,6

  51

  40

  67 75 5,6 0,25 207 112 744 1,75 eter pada akhir pemanasan habis

  66

  26

  o

  BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Penelitian Dari hasil penelitian ini diperoleh data yang dibuat dalam tabel sebagai berikut : Tabel 4.1 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head 325 cm, volume udara tekan 11,9 l dan 2 tabung udara tekan. T1

  (

  o

  t

  heat (detik)

  t

  evap (bar)

  P

  tabung (bar)

  ( l ) P

  C) Volum tabung tekan

  (

  t

  C) T4

  o

  (

  C) T3

  o

  (

  C) T2

  o

  pump (detik)

  cold (detik)

  68 76 3,4 0,4 0,6

  67 75 5,7 0,25 196 80 715 1,15 eter pada akhir pemanasan habis

  38

  38

  75 77 5,7 0,25 218 89 635 1,13 eter pada akhir pemanasan habis

  37

  26

  66 74 3,4 0,4 0,6

  65

  38

  67

  Volume (l)

  27

  69 76 3,4 0,4 0,6

  51

  41

  38 38 5,7 0,25 200 84 709 1,13 eter pada akhir pemanasan habis

  54

  27

  Keterangan

Tabel 4.2 Data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2 tabung udara tekan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 4.3 Data variasi dengan menggunakan volume eter 910 ml, head pemompaan 325cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara tekan.

  Volum T1 T2 T3 T4 tabung P tabung P evap t heat t pump t cold Volume

  o o o o

  Keterangan (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) tekan (bar) (bar) (detik) (detik) (detik) (l) ( l )

  25

  32

  75 78 5,7 0,1 eter pada akhir 263 116 564 1,35 pemanasan habis

  40

  45

  62 74 3,4 0,35 0,6

  25

  41

  69 76 5,7 0,25 eter pada akhir 248 130 633 1,78 pemanasan habis

  41

  46

  66 80 3,2 0,35 0,6

  26

  43

  70 77 5,7 0,25 eter pada akhir 235 124 691 1,89 pemanasan habis

  41

  51

  65 75 3,1 0,35 0,6

Tabel 4.4 Data variasi dengan menggunakan volume eter 755 ml,head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 5,9 l dan 1 tabung udara tekan.

  Volum T1 T2 T3 T4 tabung P P t t t Volume

  tbg evap heat pump cold o o o o

  Keterangan (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) tekan (bar) (bar) (detik) (detik) (detik) (l) ( l ) sisa eter

  25

  33

  66 67 5,9 0,25 396 143 2178 1,05 dipemanasan

  37

  51

  56 69 3,3 0,35 0,6 dibuang 100 ml sisa eter

  22

  26

  68 74 5,9 0,25 396 172 2714 1 dipemanasan

  41

  40

  45 68 3,2 0,35 0,6 dibuang 50 ml pada akhir pemanasan eter sisa

  25

  37

  77 67 5,6 182 138 342 2,25

  36

  38

  75 78 1,8 0,4 0,7 air pada tangki

  25

  37

  75 80 5,7 0,25 241 148 338 pompa benam

  36

  38

  64 75 0,4 habis pada akhir pemanasan eter habis

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  ( l ) P tabung

  (detik)

  t pump

  (detik)

  t heat

  (bar)

  P evap

  (bar)

  C) Volum tabung tekan

  (detik)

  o

  (

  C) T4

  o

  (

  C) T3

  o

  (

  t cold

  Volume (l)

  o

  40

  68 75 1,4 0,4 0,7

  40

  41

  74 75 3,4 207 125 507 2,1 eter pada akhir pemanasan habis

  28

  27

  69 75 1,4 0,4 0,7

  40

  74 75 3,4 0,25 213 112 506 1,99 eter pada akhir pemanasan habis

  Keterangan

  28

  27

  72 75 1,6 0,4 0,7

  40

  40

  67 69 3,4 0,25 241 90 468 1,65 eter pada akhir pemanasan habis

  35

  24

  C) T2

Tabel 4.5 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 9,2 l dan 2 tabung udara tekan

  T1 (

  o

  t pump

  (detik)

  t heat

  (bar)

  P evap

  (bar)

  ( l ) P tabung

  C) Volum tabung tekan

  (

  t cold

  C) T4

  o

  (

  C) T3

  o

  (

  C) T2

  o

  (detik)

  (detik)

  65 74 2,4 0,4 0,6 Tabel 4. 6 Data variasi dengan menggunakan volume eter 675 ml, head pemompaan 325 cm, volume tabung udara tekan 6,8 l dan 2 tabung udara tekan.

  68 74 4,5 0,25 276 112 571 1,2 eter pada akhir pemanasan habis

  45

  41

  67 73 4,6 0,25 245 112 573 1,59 eter pada akhir pemanasan habis

  41

  27

  66 75 2,6 0,4 0,6

  46

  40

  36

  Volume (l)

  27

  66 75 2,5 0,4 0,6

  45

  40