TUGAS AKHIR POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

  POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh:

  HERIBERTUS DWI PRIHANTORO NIM : 075214017 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

  

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING 90 cc PLATE

EVAPORATOR

FINAL PROJECT

  Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

  By:

  

HERIBERTUS DWI PRIHANTORO

NIM : 075214017

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2011

  TUGAS AKHIR POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

  Disusun Oleh: Nama : Heribertus Dwi Prihantoro NIM : 075214017

  Telah disetujui oleh: Pembimbing Utama tanggal 20 Desember 2010 Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T.

  

TUGAS AKHIR

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR

PELAT 90 cc

  Dipersiapkan dan ditulis oleh: Nama : Heribertus Dwi Prihantoro NIM : 075214017

  Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 20 Januari 2011 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan panitia penguji: Ketua : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ............................

  Sekretaris : Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. ............................

  Anggota : Ir. Fransiskus Asisi Rusdi Sembada, M.T. ............................

  Yogyakarta, 31 Januari 2011 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  Yogyakarta Dekan Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T.

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam tugas " Tugas Akhir" ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan dan dibuat di perguruan tinggi manapun kecuali kami mengambil atau mengutip data dari buku yang tertera pada daftar pustaka. Dan sepengetahuan kami juga tidak terdapat karya tulis yang pernah ditulis atau di terbitkan oleh orang lain. Sehingga karya tulis yang kami buat ini adalah asli karya penulis.

  Yogyakarta, 20 Desember 2010 Penulis

  Heribertus Dwi Prihantoro

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Heribertus Dwi Prihantoro Nomor Mahasiswa : 075214017 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

  

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR

PELAT 90 cc

  Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 20 Desember 2010 Yang menyatakan Heribertus Dwi Prihantoro

  

INTISARI

  Air merupakan zat cair yang sangat berguna bagi kehidupan, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Untuk memanfaatkan air, manusia khususnya memerlukan alat bantu untuk mengumpulkan air karena lokasi sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya. Pompa air merupakan alat yang sering digunakan untuk mengumpulkan air dan pada umumnya digerakkan oleh energi listrik namun tidak semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk dapat memanfaatannya secara optimal. Tujuan utama yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu membuat pompa termal dengan jenis pulsajet dan dapat mengetahui debit, daya dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air. Sistem pompa air energi termal terdiri dari tiga komponen utama, yaitu evaporator, kotak pembakaran dan sistem aliran air. Evaporator pada pompa energi termal terbuat dari plat tembaga tebal plat 0,5 mm dengan penampang berbentuk kotak berukuran 7 cm x 7 cm dan volume 90 cc. Pada bagian bawah pelat dilas pipa berdiameter 1/2 inci dan panjang 31 cm. Bagian ini akan digunakan untuk menyambungkan evaporator pada sistem saluran air dengan menggunakan bantuan selang. Evaporator akan dibakar menggunakan bahan bakar spritus sebanyak 100 ml yang dituang pada kotak pembakaran. Kotak pembakaran terbuat dari pelat tembaga dengan ukuran 5 cm x 5cm x 5 cm dengan tebal pelat 0,5 mm. Pada sistem aliran air, terdapat variasi pipa osilasi dan variasi ketinggian air. Variasi pipa osilasi yang digunakan adalah pipa osilasi dengan diameter pipa 1/2 inci dan 3/8 inci. Variasi lain yang dilakukan pada pengujian pompa energi termal adalah variasi head (1,50 m; 1,80 m dan 2,50 m). Variasi juga dilakukan terhadap jenis evaporator (60 cc dan 70 cc). Hasil penelitian menunjukkan, debit maksimum (Q) 0,308 liter/menit, daya pompa maksimum (Wp) 0,091 watt dan efisiensi pompa maksimum (η pompa) 0,0252 %.

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 “ Pompa Air

  

Energi Termal Menggunakan Evaporator Pelat 90 cc ” 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. Ir. Rines, M.T. 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.

  7. Ayah, ibu dan kakak tercinta, yang selalu setia memberi semangat dan dukungan baik secara material ataupun doa-doanya.

  8. Rekan kerja Robertus Agung selaku ketua kelompok, Yusup Agus Suryono dan Nuri Hartarto yang terus saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir.

  9. Seluruh keluarga besar mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan dukungan selama ini.

  10. Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  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, 20 Desember 2010 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................... i TITLE PAGE ............................................................................................. ii HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iv

  .............................. v

  HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................................................. vi

  INTISARI ................................................................................................. vii KATA PENGANTAR .............................................................................viii DAFTAR ISI .............................................................................................. x

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

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

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

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

  1.2 Batasan Masalah........................................................................... 3

  1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................... 4

  1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................... 5

  

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 6

  2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ........................................................ 6

  2.2 Dasar Teori .............................................................................................. 14

  

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

  3.1 Langkah Kerja Penelitian Sistem Pompa Dengan Evaporator 90 cc ........................................................................ 17

  3.2 Skema Alat ................................................................................ 17

  3.3 Prinsip Kerja Alat ...................................................................... 20

  3.4 Variabel yang Divariasikan ....................................................... 21

  3.5 Variabel yang Diukur ................................................................ 23

  3.6 Metode dan Langkah Pengambilan Data ................................... 23

  3.7 Analisa Data .............................................................................. 24

  3.8 Peralatan Pendukung ................................................................. 24

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 26

  4.4.1 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Tembaga .................... 56

  .................................................................................. 61

  DAFTAR PUSTAKA

  5.2 Saran .......................................................................................... 60

  5.1 Kesimpulan ................................................................................ 59

  

BAB V. PENUTUP ...................................................................................... 59

  4.5 Kerusakan yang Dialami Pompa ............................................... 57

  4.4.3 Evaporator Dengan Penampang Kotak ............................. 56

  4.4.2 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Stainless Steel ............ 56

  4.4 Model Pompa yang Sudah Dibuat ............................................. 55

  4.1 Data Hasil Pengujian ................................................................. 26

  4.3.4 Perbandingan Hasil Debit Maksimum yang Didapat Evaporator ........................................................ 54

  4.3.3 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Menggunakan Evaporator 70 cc...................................... 50

  4.3.2 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Menggunakan Evaporator 60 cc...................................... 46

  4.3.1 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Menggunakan Evaporator 90 cc...................................... 43

  4.3 Pembahasan ............................................................................... 43

  4.2 Hasil Perhitungan ...................................................................... 38

  4.1.2 Hasil Pengujian Spritus ................................................... 37

  4.1.1 Hasil Pengujian Evaporator............................................. 26

  

LAMPIRAN ................................................................................................. 62

  DAFTAR TABEL

  8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m .................. 35

  8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m .................. 31

Tabel 4.8. Hasil Uji Coba Kedelapan Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  /

  8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m .................. 33

Tabel 4.9. Hasil Uji Coba Kesembilan Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  /

Tabel 4.10. Hasil Uji Coba Kesepuluh Dengan Menggunakan

  3

  Pipa Osilasi

  3

  /

  8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m .................. 36

Tabel 4.11. Keseluruhan Hasil Uji Coba, Menggunakan

  Evaporator Dengan Volume 90 cc ........................................... 36

Tabel 4.12. Hasil Pengujian Spritus, Dilakukan Dengan Cara

  Memanaskan Air (1 kg) Menggunakan Spritus Sebagai Bahan Bakarnya.......................................................... 37

Tabel 4.13. Hasil Perhitungan Debit dan Daya Pompa

  Menggunakan Evaporator Dengan Volume 90 cc ................... 39

Tabel 4.14. Hasil Perhitungan Daya Spritus Pada Tiap

  /

  Pipa Osilasi

Tabel 4.1. Hasil Uji Coba Pertama Dengan Menggunakan

  /

  Pipa Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m. .................. 27

Tabel 4.2. Hasil Uji Coba Kedua Dengan Menggunakan Pipa

  Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m. .......................... 28

Tabel 4.3. Hasil Uji Coba Ketiga Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  /

  8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m .................. 29

Tabel 4.4. Hasil Uji Coba Keempat Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m .................. 29

Tabel 4.7. Hasil Uji Coba Ketujuh Dengan MenggunakanTabel 4.5. Hasil Uji Coba Kelima Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  /

  8 inci dan Variasi Ketinggian 1,5 m .................. 30

Tabel 4.6. Hasil Uji Coba Keenam Dengan Menggunakan

  Pipa Osilasi

  3

  /

  8

  inci dan Variasi Ketinggian 1,5 m .................. 30

  Kenaikan Suhu ......................................................................... 41

Tabel 4.15. Hasil Perhitungan Efisiensi Untuk Tiap Percobaan

  Dengan Pompa Menggunakan Evaporator 90 cc ..................... 42

Tabel 4.16. Hasil Perhitungan Data Pompa Menggunakan

  Evaporator 60 cc ...................................................................... 47

Tabel 4.17. Hasil Perhitungan Data Pompa Menggunakan

  Evaporator 70 cc ...................................................................... 51

Tabel 4.18. Perbandingan Evaporator Dengan Bentuk yang

  Berbeda .................................................................................... 55

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ............................... 9Gambar 2.2 Dimensi Evaporator ................................................................ 9Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet ................................ 10Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ....................... 11Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump .................................................... 12Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ............................ 12Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump ......................................................... 13Gambar 3.1 Skema Alat .............................................................................. 18Gambar 3.2 Dimensi Evaporator 90 cc ....................................................... 19Gambar 3.3 Sistem Saluran Air yang Digunakan Untuk Pengujian

  Evaporator ............................................................................... 20

Gambar 3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi ............................................. 22Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head ......................................................... 22Gambar 4.1 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc .................... 44

Gambar 4.2 Daya Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc .................... 44

Gambar 4.3 Efisiensi Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc .................... 45

Gambar 4.4 Evaporator 60 cc Dengan Dua Titik Pengelasan Pada

  Bagian Atas Evaporator .......................................................... 47

Gambar 4.5 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 60 cc .................... 48

Gambar 4.6 Daya Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 60 cc .................... 48

Gambar 4.7 Efisiensi Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 60 cc .................... 49

Gambar 4.8 Evaporator 70 cc Dengan Dua Titik Pengelasan Pada

  Bagian Atas Evaporator .......................................................... 51

Gambar 4.9 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 70 cc .................... 52

Gambar 4.10 Daya Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 70 cc .................... 52

Gambar 4.11 Efisiensi Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

  Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 70 cc .................... 53

Gambar 4.12 Perbandingan Debit Maksimum yang Dihasilkan Oleh

  Evaporator Dengan Tipe Berbeda ........................................... 54

Gambar 4.13 Evaporator Sebelum Dibakar .................................................. 57Gambar 4.14 Kerusakan Evaporator Tampak Dari Samping ....................... 58Gambar 4.15 Kerusakan Evaporator Tampak Dari Atas .............................. 58

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Air merupakan zat cair yang sangat berguna bagi kehidupan, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Selain untuk kebutuhan sehari-hari (minum, mandi, mencuci, dll), air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik yang sangat berguna untuk kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro. Indonesia merupakan negara dengan bentuk kepulauan dan termasuk negara yang subur, air tersedia secara luas di seluruh daerahnya. Bahkan disetiap pulau di Indonesia terdapat sungai yang mengalir dengan lancar, misalnya sungai Batanghari di Jambi, sungai Musi di Palembang, sungai Bengawan di Solo hingga sungai Mahakam di Kalimantan. Selain memanfaatkan sungai, penduduk Indonesia juga dapat menggali sumur sebagai sumber air mereka.

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

  

1

  2

  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.

  3

1.2 Batasan Masalah

  Pada tugas akhir ini akan diteliti pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet). Dipilihnya pompa air energi termal dengan jenis pulsajet dengan alasan jenis pompa air ini merupakan jenis yang paling sederhana, mempunyai komponen yang mudah dibuat dan dapat dikembangkan dengan menggunakan energi surya.

  Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut: a. Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan spritus sebagai sumber energi. Spritus akan digunakan untuk membakar pompa den evaporator 90 cc yang memiliki penampang dengan ukuran 7 cm x 7 cm, hingga memiliki tenaga untuk memompa air dan keluar melalui saluran pembuangan.

  b. Pada penelitian ini dianggap tidak tejadi gesekan atau gangguan dari pipa dan selang.

  3

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

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

  e. Volume evaporator dianggap 90 cc, berdasarkan data yang diambil setelah melakukan uji coba. Volume tersebut lebih besar dibandingkan volume evaporator sebelum pengujian.

  4

  f. Pada saat mencari data yang akan digunakan untuk menghitung daya spritus, dengan cara memanaskan air menggunakan bahan bakar spritus, panas yang dihasilkan oleh spritus dianggap ditangkap oleh air secara keseluruhan tanpa mengalami kehilangan temperatur sedikit pun.

1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian antara lain:

  a. Membuat pompa air energi termal jenis pulsajet air dengan menggunakan evaporator 90 cc.

  b. Mengetahui debit (Q) maksimun yang dihasilkan oleh pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).

  c. Mengetahui daya pompa air energi termal (Wp) dengan jenis pulsajet (water pulse jet).

  d. Mengetahui efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).

  e. Membandingkan hasil penelitian dengan penelitian lain yang telah berhasil dilakukan.

  5

1.4 Manfaat

  Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah:

  a. Mengetahui sistem kerja pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet) sebagai alat untuk memompa air.

  b. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Sebelum penelitian ini dilakukan, banyak penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dengan model pompa yang berbeda. Mulai dari peneliti profesional hingga rekan mahasiswa yang telah melakukan penelitian lebih dulu.

  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, 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

  

6

  7

  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 % (Yulia

Venti 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, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan

0,697

  kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum liter/menit pada variasi ketinggian

  

head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara

(Mohammad 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, efisiensi 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 (Triyono Setiyo 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 (Sukmarta Putra, 2010).

  Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis pulsa jet air (water pulse jet) seperti pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2, pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti Gambar 2.4, serta pompa air energi termal dengan jenis nifte pump pada Gambar 2.6. 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.

  Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang dipanasi menghasilkan uap, 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.

  9

Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ( Sumber : Tugas

  Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

Gambar 2.2. Dimensi Evaporator ( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air

  Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas

78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

  10

Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet( Sumber : Asymmetric

  Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of Thomas Smith )

  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

  11

Gambar 2.4. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ( Sumber :

  Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid Piston Engines of Thomas Smith )

  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

  12

Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump ( Sumber : Liquid Piston Stirling

  Engines of Van Nostrnad Reinhold Publishing )

Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ( Sumber : Asymmetric

  Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of Thomas Smith )

  13

  Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :

  1. Kekuatan piston

  6. Katup

  2. Beban

  7. Saturator

  3. Silinder displacer

  8. Difusi kolom

  4. Evaporator

  9. Perpindahan panas

  5. Kondenser

Gambar 2.7. Sistem Kerja Nifte Pump ( Sumber : WWW.Wikipedia.co.id )

  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

  14

  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.

2.2 Dasar Teori

  Pada penelitian ini digunakan beberapa persamaan untuk mencari nilai- nilai yang diperlukan. Untuk mengetahui daya pompa, terlebih dahulu harus dicari debit yang dihasilkan oleh pompa. Penghitungan debit menggunakan persamaan 2.1:

  V Q = …..................... (2.1) t ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

  Dengan: V : volume air keluaran (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)

  15

  Setelah diketahui debit yang dihasilkan, maka dapat dicari daya pompanya. Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan 2.2:

  W g Q H = . . . …..................... (2.2)

  ρ P ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

  Dengan:

  3

  : massa jenis air (kg/m )

  ρ

  2

  g : percepatan gravitasi (m/s )

  3 Q : debit pemompaan (m /s)

  H : head pemompaan (m) Untuk mengetahui daya spritus, harus dilakukan uji coba terlebih dahulu.

  Uji coba dilakukan dengan cara memanaskan air dan spritus digunakan sebagai fluida kerjanya. Air digunakan sebagai pendekatan untuk menghitung daya spirtus, karena dengan menggunakan air akan lebih mudah untuk menghitung daya spirtus daripada menguji spirtus secara langsung. Setelah uji coba selesai dilakukan, daya spritus dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan 2.3:

  m . c . T ∆ p

  W = spirtus …..................... (2.3) t

  ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

  Dengan : m air : massa air yang dipanasi (kg) C : panas jenis air (J/Kg ºC)

  p o

  T : kenaikan temperatur (

  C) t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik)

  16

  Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Setelah daya pompa dan daya spritus diketahui maka dapat dicari nilai efisiensi pompa. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.4:

  W P η =

  …..................... (2.4)

  pompa Wspritus ( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

  Dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Langkah Kerja Penelitian Sistem Pompa Dengan Evaporator 90 cc

  Berikut adalah langkah kerja yang dilakukan dalam penyelesaian penelitian pompa energi termal menggunakan evaporator 90 cc:

  1. Menentukan model dan ukuran pompa yang akan dibuat.

  2. Menentukan variasi ketinggian yang akan digunakan.

  3. Belanja alat dan bahan yang akan digunakan.

  4. Membuat sistem saluran air yang akan digunakan.

  5. Membuat pompa yang akan digunakan.

  6. Merangkai pompa pada sistem saluran air yang sudah dibuat.

  7. Melakukan uji coba dan mengambil data dari uji coba yang dilakukan.

  3.2. Skema Alat

  Sistem pompa energi termal menggunakan evaporator 90 cc 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 selang.

  18

Gambar 3.1. Skema Alat

  Keterangan :

  1. Evaporator 6. Corong keluaran 11. Tangki air

  2. Tempat spritus 7. Selang osilasi ½ inci 12. Gelas ukur

  3. Katup tekan 8. Selang osilasi 3/8 inci

  4. Katup hisap 9. Kran pipa osilasi 3/8 inci

  5. Selang keluaran 10. Kran pipa osilasi ½ inci

  19

Gambar 3.2. Dimensi Evaporator 90 cc

  Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama yaitu:

  1. Evaporator menggunakan bahan dari pelat tembaga sebagai bagian

  2 yang dipanasi dengan penampang berukuran 8 x 8 cm .

  2. Kotak pemanas / pembakaran yang terbuat dari plat tembaga sebagai tempat bahan bakar spirtus.

  3. Pipa tembaga sebagai tempat masukknya air dan sebagai tempat kotak pemanas.

  20

Gambar 3.3. Sistem Saluran Air yang Digunakan Untuk Pengujian Evaporator

3.3. Prinsip Kerja Alat

  Pompa air yang digunakan adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsa jet (water pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula dibakar dengan menggunakan bahan bakar spritus yang telah dituang pada kotak pembakaran. Evaporator yang dibakar akan segera panas dan kemudian akan menguapkan fluida kerja berupa air yang terdapat di dalam evaporator sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang. Air pada evaporator yang telah keluar dari sistem akan digantikan oleh air yang berasal dari sistem osilasi, karena memiliki perbedaan suhu yang cukup tinggi akan terjadi pengembunan.

  21

  Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber (tangki air) masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali. 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 menjaga agar pada saat terjadi langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

3.4. Variabel Yang Divariasikan

  Ada tiga variabel yang divariasikan dalam pengujian ini, yaitu:

  

3

  1

  1. Variasi diameter pipa osilasi ( /

  8 dan / 2 inchi ).

  2. Variasi ketinggian head ( 1,50 ; 1,80 dan 2,50 m ).

  3. Variasi volume evaporator (penampang dengan ukuran 7 cm x 7 cm dan 10 cm x 10 cm) Variasi untuk pipa osilasi dilakukan dengan cara membuka dan menutup kran air yang terdapat pada saluran sistem osilasi. Sedangkan untuk variasi ketinggian, dilakukan dengan cara menyambung dan melepas selang. Jika ketinggian ingin ditambah, selang disambung dengan selang yang telah disiapkan sebelumnya. Untuk mengurangi ketinggian, selang hanya dilepas dari sambungan. Sambungan yang dilakukan menggunakan bantuan pipa tembaga, diletakkan di dalam selang dan dikencangkan dengan bantuan tba.

  22

Gambar 3.4. Variasi Diameter Selang OsilasiGambar 3.5. Variasi Ketinggian Head

  23

  3.5. Variabel yang Diukur

  Variabel-variabel yang diukur antara lain :

  a. Volum air yang keluar (V)

  b. Waktu (t)

  c. Temperatur air yang dipanaskan (T) Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa) serta daya spirtus (W spirtus).

  3.6. 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 : 1. Alat diatur pada ketinggian head 1,80 m.

  2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

  3. Mengisi bahan bakar spirtus.

  4. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

  5. Uji diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak.

  24

  6. Gunakan diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak untuk pengujian selanjutnya.

  7. Mencatat waktu serta volume air yang dihasilkan pompa.

  8. Ulangi langkah nomor tiga hingga tujuh pada pengujian selanjutnya dengan menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan

  

head 2,5 m dan diakhiri dengan mengulangi variasi head 1,8 m.

  3.7. Analisa Data

  Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume output air (V) dan waktu pemompaan (detik) 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 (η pompa ).

  Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

  3.8. Peralatan Pendukung

  Dalam melakukan pengujian, diperlukan alat bantu agar pengambilan data dapat dilakukan dengan tepat. Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

a. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.

  b. Gelas Ukur Besar Gelas ukur besar dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.

  25

  c. Gelas Ukur Kecil Gelas ukur kecil dipakai untuk mengukur volume spritus yang digunakan sebagi bahan bakar pembakaran agar waktu padamnya api sama.

  d. Corong Corong digunakan untuk mengisi air pada pipa saluran air, mengisi kotak pembakaran dengan spritus dan menampung air yang keluar dari sistem. Tanpa menggunakan corong akan sulit mengisi kotak pembakaran dan memastikan air yang keluar dari sistem tertampung secara keseluruhan.

  e. 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.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

  Data pengujian yang didapat terdiri dari data hasil pengujian evaporator dan data hasil pengujian spritus. Berikut data-data yang didapat:

4.1.1 Hasil Pengujian Evaporator

  Data yang telah didapat dijadikan satu, dan kemudian digunakan untuk perhitungan. Pada setiap pengujian dilakukan dengan: Jarak pembakaran = 25 mm Volume spritus = 100 cc Keseluruhan data hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 4.1 hingga Tabel 4.10, dan data tiap pengujian telah direkap dalam satu tabel pada Tabel 4.11.

  27

  620 0:15:21 0:15:30 660 0:16:15 0:16:21

  1240 0:28:32 0:28:40 1270 0:29:18 0:29:24

  1170 0:26:36 0:26:45 1200 0:27:36 0:27:45

  1100 0:24:57 0:25:05 1130 0:25:52 0:25:57

  980 0:23:11 0:23:22 1060 0:24:19 0:24:28

  840 0:20:24 0:21:00 910 0:22:07 0:22:22

  760 0:18:53 0:19:03 800 0:19:48 0:19:55

  700 0:17:17 0:17:24 720 0:18:04 0:18:12

  590 0:13:20 0:13:28 600 0:14:13 0:14:21

Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Pertama Dengan Menggunakan Pipa Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

  500 0:11:25 0:11:35 540 0:12:21 0:12:30

  380 0:09:21 0:09:38 440 0:10:35 0:10:47

  280 0:07:46 0:07:54 320 0:08:30 0:08:41

  240 0:06:08 0:06:15 260 0:07:02 0:07:08

  100 0:03:38 0:03:46 140 0:04:55 0:05:19

  (ml) 0:01:15 0:01:18

  (menit) air berhenti keluar (menit)

  Waktu Waktu Volume air keluar air mulai keluar

  1300

  28

  800 0:16:02 0:16:07 840 0:17:00 0:17:06

  1680 0:30:36 0:30:34 1750 0:31:03 0:31:06

  1560 0:29:04 0:29:14 1640 0:29:46 0:29:50

  1490 0:27:32 0:27:36 1530 0:28:20 0:28:26

  1360 0:26:03 0:26:14 1440 0:26:34 0:26:40

  1270 0:24:42 0:24:49 1320 0:25:25 0:25:30

  1200 0:23:01 0:23:06 1240 0:23:54 0:23:59

  1060 0:21:00 0:21:06 1100 0:21:58 0:22:11

  990 0:19:16 0:19:21 1010 0:20:12 0:20:18

  890 0:17:46 0:17:55 930 0:18:29 0:18:35

  700 0:14:06 0:14:22 760 0:15:18 0:15:24

Tabel 4.2 Hasil Uji Coba Kedua Dengan Menggunakan Pipa Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

  630 0:12:16 0:12:21 660 0:13:15 0:13:22

  570 0:10:14 0:10:24 600 0:11:15 0:12:21

  510 0:08:36 0:08:42 550 0:09:24 0:09:29

  450 0:07:08 0:07:14 480 0:07:46 0:07:52

  380 0:05:27 0:05:38 420 0:06:19 0:06:25

  160 0:03:16 0:03:24 250 0:04:08 0:04:30

  (ml) 0:00:42 0:01:04

  (menit) air berhenti keluar (menit)

  Waktu Waktu Volume air keluar air mulai keluar

  1790