PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL FLUIDA KERJA DIETIL ETER MENGGUNAKAN PEMANAS AIR

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh : BAGAS WARAS HARTANTO NIM : 115214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015

i


PERFORMANCE OF DIETHYL ETHER WORKING FLUID THERMAL ENERGY WATER PUMP USING WATER HEATER THESIS Presented as partitial fulfilment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

Presented by BAGAS WARAS HARTANTO Student Number : 115214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2015

ii






INTISARI

Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup untuk makhluk hidup. Pompa termal adalah cara alternatif untuk memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas paralel dengan pemisah uap, meneliti debit pompa, daya pompa, dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah temperatur pada pemanas air 600C, 550C, 500C, bukaan katup penampung dietil eter 1 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 20 detik,bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 10 detik, Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa, air keran dengan udara alami, air dari hasil pompa, air keran dengan udara kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm. Parameter yang diukur temperatur air di bagian dasar, temperatur air dibagian tengah, temperatur di bagian pipa saluran fluida kerja yang masuk ke pemanas, temperatur di bagian pipa keluarnya uap fluida kerja dari pemanas, waktu pemanasan, waktu pemompaan, tekanan pada tabung tekan air, tekanan pada tabung tekan udara, dan volume dari hasil pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian hasil didapat pada debit pemompaan maksimum 7,43 liter / mnt, daya pemompaan maksimum 3,89 watt didapat pada variasi temperatur 600C ketinggian tabung penekan udara 140 cm, bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik, dan efisiensi pompa maksimum 21,776 % didapat pada variasi pendinginan udara alami di 2 tabung tekan, bukaan 0,5 putaran selama 10 detik, 600C temperatur di evaporator. Kata kunci: pompa air, energi termal, pemanas air, efisiensi pompa

vii


ABSTRACT Water is a basic requirement to ensure the survival of life. Thermal pump is an alternative way to get water. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with nine parallel heating pipes with steam separators, to measure pump discharge, to count pump power, and to find maximum pump efficiency. The working fluid of the thermal pump is diethyl ether. The varying parameters are the temperature on the water heater 600C, 550C, 500C, 15 seconds diethyl ether full valve opening, 20 seconds diethyl ether half valve opening, 15 seconds diethyl ether half valve opening, 10 seconds diethyl ether half valve opening, condenser cooling using water from the pump, condenser cooling using tap water and natural air, condenser cooling using tap water and fan, condenser cooling using fan only, natural air cooling, 2 tubes of air pressure with 170 cm water level, 1 tube of air pressure with 170 cm water level, 2 tubes of air pressure with 140 cm water level. Measurable parameters are the water temperature at the base, the temperature of water in the middle, the temperature inlet heater pipe of the working fluid, the temperature outlet heater pipe of the working fluid, heating time, pumping time, pressure on the tap water tube, the pressure on the air pressed tube, and the volume of the pumping results. The data obtained from the research results are maximum discharge of pumping of 7,43 l/min, the maximum pumping power of 3.89 watts which is obtained at 60oC heater, air pressure tube with 140 cm water level, 3/4 valve opening for 15 seconds. The maximum efficiency of the pump is 21.776% which was obtained on air cooling, 2 tube air pressure, 1/2 valve opening for 10 seconds and 60oC evaporator temperature. Keywords: water pumps, thermal energy, water heater, pump efficiency

viii


KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Skripsi ini dilaksanakan untuk memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2.

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.

Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4.

A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan skripsi.

5.

Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam proses penelitian.

6.

Tri Hermanto dan Kusmeinanik selaku Bapak dan Ibu saya yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

7.

Alva Aditya Hermawan selaku saudara kandung saya yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya skripsi ini.

8.

Antonius Putra Wahyudi, Candra Dwi Wichaksana, Deni Sulistiyawan, selaku rekan kelompok saya, yang telah membantu dalam perancangan, dan pembuatan skripsi.

9.

Saudara-saudara yang senantiasa membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

ix


10.

Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Yogyakarta.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran dari berbagai pihak demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga skripsi ini memberikan manfaat untuk kita semua.

Yogyakarta, 23 Juni 2015 Penulis

Bagas Waras Hartanto

x


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL……………………………………….………………...

i

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

ii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………….........…….

iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI …………………………………........……....

iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI............……………….....…......…....

v

LEMBAR PUBLIKASI …………………………………………..............….

vi

INTISARI ........................................................................................................

vii

ABSTRACT.................……………..………..........………............…..……...

viii

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

ix

DAFTAR ISI.....................................................................................................

xi

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

xiii

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

xvi

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

1

1.1

Latar Belakang .......................................................................................

1

1.2

Perumusan Masalah ...............................................................................

2

1.3

Tujuan dan Manfaat................................................................................

4

1.4

Batasan Masalah.....................................................................................

5

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

6

2.1

Dasar Teori............................................................................................

6

2.2

Persamaan Yang Digunakan..................................................................

8

2.3

Penelitian Sebelumnya...........................................................................

11

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

13

3.1

Skema Alat Penelitian............................................................................

13

3.2

Variabel Yang Divariasikan...................................................................

16

3.3

Variabel Yang Diukur............................................................................

27

3.4

Langkah Penelitian.................................................................................

28

xi


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

30

4.1

Hasil Penelitian......................................................................................

30

4.2

Pembahasan….......................................................................................

43

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

55

5.1 Kesimpulan...............................................................................................

55

5.2 Saran.........................................................................................................

56

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................

57

LAMPIRAN

xii


DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1

Skema alat penelitian........................................................................

13

Gambar 3.2

Skema pemisah uap..........................................................................

15

Gambar 3.3

Skema keadaan fluida kerja mengalir..............................................

19

Gambar 3.4

Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran.........

19

Gambar 3.5

Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran.......

20

Gambar 3.6

Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran............

20

Gambar 3.7

Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja Dietil Eter belum dibuka............................................................................

21

Gambar 3.8

Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja Dietil Eter......

22

Gambar 3.9

Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara....................................

23

Gambar 3.10 Variasi menggunakan 2 tabung tekan udara.....................................

23

Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas.........................

24

Gambar 3.12 Pendinginan kondensor menggunakan udara alami........................

24

Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan.........

25

Gambar 3.14 Ketinggian air 140 cm pada tabung penekan..................................

25

Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan..................................

26

Gambar 3.16 Ketinggian pipa buang (head pump) 320 cm..................................

26

Gambar 3.17 Posisi termologger dan manometer................................................

28

Gambar 4.1

0

0

Grafik perbandingan debit pada variasi temperatur 60 C, 55 C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara......................................

Gambar 4.2

43

Grafik perbandingan daya pompa pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara......................................

Gambar 4.3

Grafik perbandingan efisiensi pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75

xiii

44


putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara....................................... Gambar 4.4

44

Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator

600C,

head

pemompaan

3,20

meter

dengan

menggunakan 2 tabung udara.......................................................... Gambar 4.5

46

Grafik perbandingan daya pompa pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara..........................................................

Gambar 4.6

46

Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara..........................................................

Gambar 4.7

47

Grafik perbandingan debit pada variasipendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.......................

Gambar 4.8

49

Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter...............

Gambar 4.9

Grafik perbandingan efisiensi pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup

xiv

49


fluida kerja dietil eter........................................................................

50

Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran........

52

Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran........

52

Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...................................................

53

Gambar L.1

Alat penelitian pompa air energi termal...........................................

58

Gambar L.2

Pemanas fluida kerja.........................................................................

58

Gambar L.3

Tabung pemisah uap.........................................................................

58

Gambar L.4

Kondensor.........................................................................................

59

Gambar L.5

Tabung penampung dietil eter........................................................

59

Gambar L.6

Tabung tekan air...............................................................................

59

Gambar L.7

Tabung tekan udara..........................................................................

59

Gambar L.8

Pompa benam...................................................................................

60

Gambar L.9

Thermologger...................................................................................

60

Gambar L.10 Manometer........................................................................................

60

Gambar L.11 Tampungan sumber air....................................................................

60

xv


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1

Data penelitian dengan variasi temperatur pada evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan 500C...............................................................................

Tabel 4.2

33

Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran katup...............................................................................

Tabel 4.3

33

Data penelitian dengan variasi pendinginan pada kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas, dan pendinginan dengan udara alami..............

Tabel 4.4

34

Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan seperti

menggunakan 2 tabung penekan dengan

ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m.......... Tabel 4.5

35

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.......................................

Tabel 4.6

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600c, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2

xvi

41


tabung udara................................................................... Tabel 4.7

41

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi fluida kerja penuh di kondensor pemanas terisi udara, head pemompaan 2,35 meter dengan menggunakan 1 tabung udara...................................................................

Tabel 4.8

42

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi fluida kerja penuh di kondensor, pemanas terisi udara, head pemompaan 1,35 meter dengan menggunakan 1 tabung udara...................................................................

Tabel 4.9

42

Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara...............

Tabel 4.10

43

Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara..............

Tabel 4.11

45

Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.............

Tabel 4.12

48

Perbandingan pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...............................................................

xvii

51


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup untuk makhluk hidup, terutama manusia. Manusia sangat bergantung dengan adanya air. Namun, pada umumnya keberadaan sumber air terletak lebih rendah dibandingkan dengan tempat penampung yang dikehendaki. Diperlukan suatu alat untuk mengalirkan dari sumber air menuju tempat penampung yang dikehendaki. Solusinya adalah dengan pompa air yang merupakan suatu alat untuk menyalurkan air dari sumber menuju tempat yang diinginkan. Pompa air yang digunakan dalam kegiatan masyarakat sehari – hari pada umumnya menggunakan pompa air tradisional yang cara penggunaanya kurang efektif dan sangat tidak efisien, karena masyarakat harus meluangkan waktu dan tenaga untuk memompa air dari sumbernya. Sedangkan waktu dan tenaga yang digunakan untuk memompa air dari sumber ke tempat yang diinginkan bisa digunakan untuk kegiatan yang lain. Di jaman modern ini sudah menggunakan pompa bertenaga listrik dan pompa berbahan bakar minyak. Namun, penggunaan pompa listrik atau berbahan bakar minyak

tidak selalu tersedia di daerah

terpencil. Masih banyak di wilayah Indonesia yang kesulitan dalam memperoleh listrik maupun bahan bakar minyak, karena sulitnya medan untuk dijangkau sehingga berdampak terhadap mahalnya harga penyediaan air. Faktor tersebut

1


2

sangat menghambat masyarakat di daerah terpencil untuk memperoleh kebutuhan air. Pemanfaatan sumber energi fosil yang terus menerus akan menjadi masalah krisis energi yang mengakibatkan kesulitan manusia akan kebutuhan energi di masa mendatang. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan memanfaatkan energi termal. Energi termal adalah energi yang berasal dari panas, energi tersebut bisa didapat dari berbagai cara antara lain seperti panas yang berasal dari kompor (listrik atau bahan bakar minyak), energi surya, energi panas bumi, dan lain–lain. Energi surya adalah salah satu energi alternatif untuk diaplikasikan sebagai sumber energi pada pompa air. Untuk memperoleh energi surya sangat mudah karena energi bebas yang terdapat di daerah terpencil maupun di kota terutama letak strategis dari Negara Indonesia yang berada di iklim teropis. Pada penelitian ini pemanfaatan energi surya dengan menggunakan sel surya. Namun, masih mahalnya alat sel surya dan merupakan teknologi yang tinggi untuk masyarakat, terutama seperti Indonesia penerapan sel surya pun sangat terbatas. Sehingga penelitian ini menggunakan pemanas air sebagai media untuk menguapkan fluida kerja. Sebagai pemanas untuk memanaskan pemanas air ini menggunakan pemanas listrik, yang bertujuan agar suhu pada sumber pemanas dapat diatur. 1.2 Perumusan Masalah Penelitian ini menggunakan media pemanas berupa kompor listrik untuk menggerakan pompa air dengan sistem termodinamik yang diperlukan fluida kerja


3

untuk pemompaan. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Saat proses penguapan, tekanan pada fluida menjadi meningkat, meningkatnya tekanan digunakan untuk mengalirkan air dari pompa ke tempat air tersebut diperlukan. Ketika proses pengembunan tekanan fluida kerja akan turun, penurunan tekanan fluida digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke dalam pompa air. Proses penguapan fluida kerja memerlukan pemanasan yang berasal dari energi surya sedangkan proses pengembunan memerlukan pendinginan yang dilakukan oleh fluida pendingin seperti air maupun udara. Unjuk kerja dari pompa ditentukan dari kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja yang ditentukan dari sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta beban pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini sebagai berikut: 

Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat mudah menguap serta mudah untuk diembunkan kembali. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter yang mempunyai titik didih 34-360C dan berat jenis 0.713 gr/ml.



Jumlah massa fluida kerja mempengaruhi dalam sistem pemompaan. Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida kerja yang digunakan dietil eter terhadap unjuk kerja pompa air dengan sistem termodinamik.



Beban head pemompaan mempengaruhi kecepatan penguapan fluida kerja sehingga berpengaruh pada unjuk kerja pompa yang dihasilkan. Penelitian


4

ini akan meneliti pengaruh beban pemompaan pada unjuk kerja pompa air sistem termodinamik. 

Penelitian ini akan meneliti pengaruh dari volume udara tekan dengan jumlah yang berbeda yang terkompresi di tabung udara tekan terhadap unjuk kerja pompa air sistem termodinamik.

1.3 Tujuan dan Manfaat Tujuan yang diinginkan dalam penelitian ini: 1. Membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas paralel dengan pemisah uap. 2. Meneliti debit pemompaan maksimum. 3. Meneliti daya pemompaan maksimum. 4. Meneliti efisiensi pompa maksimum. Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi termal. 2. Hasil penelitian diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air energi termal yang dapat diterima masyarakat dan meningkatkan kesejahteraan. 3. Hasil penelitian dapat dibandingkan dengan penelitian yang lain. 4. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan energi listrik sebagai penggerak pompa air.


5

1.4 Batasan Masalah Batasan masalah dari penelitian ini adalah : 1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan tiga pemanas yang tersusun paralel dan menggunakan tabung pemisah uap. 2. Kalor laten dietil eter adalah 360,23 kJ/kg. Kalor laten digunakan dalam perhitungan daya pemanas. 3. Variasi yang dibandingkan adalah jumlah tabung udara tekan dengan 2 tabung dan 1 tabung, bukaan katup eter, pendinginan dietil eter pada kondensor, dan lama waktu bukaan pada katup dietil eter. 4. Diasumsikan tekanan udara sekitar adalah 1 bar.


6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori Energi surya dapat digunakan sebagai sumber energi panas untuk pemanasan pompa air energi termal. Pompa energi termal umumnya terdiri dari beberapa komponen, seperti penggerak pompa air, saluran hisap, evaporator, dan saluran tekan. Pada umumnya pompa air energi termal terdiri dari tiga jenis, yaitu fluidyn pump, nifte pump, dan (water pulse jet) atau pulsa jet. Pengelompokan metode untuk pemanfaatan energi surya agar menghasilkan energi mekanik, yaitu: metode termodinamik dan metode konversi. Pada metode termodinamik, kolektor termal baik jenis plat datar maupun fokus sebagai alat utama sebagai alat pengumpulan energi termal. Energi termal ini yang digunakan untuk menaikan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan tekanan, serta temperatur tinggi ini yang dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggunakan pompa air konvensional (dengan siklus Brayton atau Stirling, dan siklus Rankine) maupun pompa air dengan desain khusus. Pada pompa air dengan desain khusus dapat dikelompokan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya

yaitu

berpendingin udara atau media pendingin air. Metode konversi langsung energi surya dikonversikan menjadi energi listrik dan energi listrik yang dihasilkan digunakan untuk menggerakan pompa. Pengkonversian energi surya ke listrik menggunakan photovoltaic dan thermoelektrik.


7

Komponen utama sistem pompa air energi termal pada umumnya adalah penggerak pompa air, kondensor, evaporator, saluran tekan serta saluran hisap. Pompa air yang digunakan adalah jenis pompa benam. Prinsip pompa benam selalu

terletak

di

bawah

pemukaan

air.

Kondensor

digunakan

untuk

mengefektifkan proses pendinginan, yang dilakukan dengan menggunakan fluida air, kipas, dan udara. Dalam Penelitian ini kondensor yang digunakan terbuat dari bahan tembaga yang berbentuk spiral. Pompa air ini terdapat bak penampung fluida cair dan pemanas fluida kerja yang berguna sebagai penggerak pompa air. Fluida kerja yang digunakan adalah fluida dietil eter, yang berformula CH3-CH2-OCH2-CH3 atau (C2H5)2O, yang mempunyai titik autoignition 1600C, Cp 2,33

kJ/(kg.K), kelarutan dalam air 6,9 g/100 ml pada 200C, kalor laten penguapan fluida kerja 360,23 kJ/kg, dan titik didih 34-360C. Prinsip kerja pompa air ini dengan cara memanfaatkan panas dari pemanas fluida kerja katup penampung fluida kerja cair dibuka. Fluida kerja cair mengalir ke dalam bagian pemanas yang terbuat dari tembaga berbentuk paralel dan mengalami kenaikan suhu (titik didih 34-360C) yang kemudian menguap. Uap akan mendorong dan memberi tekanan melewati kondensor yang terhubung ke tabung udara tekan. Proses kompresi terjadi di tabung udara ketika uap fluida kerja terbentuk. Kemudian, air yang berada di pompa benam akan terpompa selama tekanan di dalam tabung tekan mengalami kenaikan. Air yang berada di pompa benam akan mengalir ke dalam bak penampung atas. Proses mengalirnya air dari pompa benam ke bak penampung disebut langkah tekan. Sebagian air di bak penampung akan mengalir ke kondensor yang terletak di dalam tangki air.


8

Karena kondensor teraliri air maka kondensor mengalami pendinginan sehingga mengembun. Ketika pengembunan menyebabkan tekanan pada sistem akan turun. Turunnya tekanan menyebabkan air di dalam sumber air terhisap ke dalam pompa benam dapat disebut proses hisap. Satu siklus pemompaan terdiri dari satu langkah tekan dan satu langkah hisap. Siklus pemompaan akan berlangsung terus selama masih ada persediaan energi panas yang cukup untuk menekan air pada pompa benam. 2.2 Persamaan yang Digunakan Diperlukan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem, di antaranya dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa. Daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (Soemitro, 1986):

Ppompa  gQH dengan

(1)

adalah daya pemompaan, ρ adalah massa jenis air, g adalah

percepatan gravitasi, Q adalah debit pemompaan, H adalah head pemompaan Daya pemanas merupakan energi yang diperlukan untuk menguapkan fluida kerja tiap satuan waktu (Cengel, 2008). Daya pemanas dapat dihitung dengan persamaan berikut: Ppemanas  hAT

(2)

dengan Ppemanas adalah daya pemanas, h adalah koefisien perpindahan panas, A adalah luas penampang pipa,  T adalah waktu pemanasan.


9

Untuk mencari persamaan h, dibutuhkan persamaan bilangan Nusselt (

). Untuk mencari Nu harus diketahui nilai Ra terlebih dahulu. Berikut ini

adalah persamaaan untuk menghitung bilangan Rayleigh (Ra) (

dengan

adalah bilangan Prandtl,

)

(3)

adalah koefisien volume ekspansi

temperatur rata-rata kontak pipa, Ts adalah temperatur pipa dan

adalah

temperatur evaporator, v adalah kekentalan kinematik fluida,

panjang

karakteristik pipa. Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi luar pipa dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(4) { dengan

(

(

)

)

}

adalah bilangan Rayleigh, Pr adalah bilangan Prandtl. Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi dalam pipa dapat dihitung

dengan persamaan berikut: (5) Setelah semua bilangan diketahui, selanjutnya mencari nilai h dengan persamaan berikut:


( ) dengan  adalah konduktifitas termal,

10

(6) adalah panjang karakteristik pipa dan

adalah bilangan Nusselt. Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas (Arismunandar, 1995), dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

(7)

Kompresi udara tekan merupakan besarnya tekanan yang terjadi akibat perubahan volume udara pada massa udara tetap dalam tabung udara tekan (Cengel, 2008). Untuk menghitung kompresi udara tekan menggunakan persamaan sebagai berikut:

(8)

Dengan: p1 adalah tekanan udara awal, p2 adalah kompresi udara tekan, V1 adalah volume udara awal, dan V2 adalah volume udara akhir.

Efisisensi termal adalah perbandingan antara daya pemanas output dengan daya pemanas input, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

 termal 

Ppemanas( output) Ppemanas(input)

 100% (9)


11

2.3 Penelitian Sebelumnya Analisa termodinamika untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketinggian head menunjukkan bahwa jumlah siklus tiap satu hari tergantung waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pendinginan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Pompa air energi surya termal menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja dipengaruhi debit dan temperatur air pendingin masuk ke kondensor (Sumathy et. al., 1995). Prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus Rankin diuji dengan menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 untuk mengetahui unjuk kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan menggunakan kolektor pelat datar seluas 1 m2, pada variasi head 6, 8, dan 10 m menunjukkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan metode matematis menunjukkan unjuk kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus yang terjadi. Naiknya temperatur maksimum pemanasan meningkatkan daya pemompaan, sementara penurunan efisiensi disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov, 2005). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal dengan menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan dietil eter menunjukkan bahwa efisiensi pompa dengan fluida kerja lebih tinggi 17% dibanding n-pentane pada head 6 m (Wong, 2000). Penelitian pompa air energi


12

surya dengan menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 dengan fluida kerja dietil eter menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari tergantung ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42% (Wong, 2001b).


13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Skema Alat Penelitian Sistem penggerak pada pompa air energi termal ini memanfaatkan kalor dari fluida air yang dipanaskan menggunakan kompor listrik sebagai sumber pemanasnya. Fluida kerja yang dipakai sebagai sumber penggerak pompa adalah dietil eter. Berikut ini gambar skema yang digunakan ditunjukan pada Gambar 3.1. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.1.

Gambar 3.1 Skema alat penelitian Bagian-bagian utama pada alat penelitian di Gambar 3.1 :


14

1. Pipa tembaga dengan diameter ½ inci yang dirangkai secara paralel dipasang dengan kemiringan 10° dan fluida kerja air dipanaskan. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.2. 2. Bak penampung air dengan kapasitas 90 liter. 3. Tabung pemisah uap terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 10 cm dan tinggi 15,5 cm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.3. 4. Kondensor yang dibentuk spiral terbuat dari pipa stainless steel diameter ¾ inci dengan panjang 8 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.4. 5. Penampung fluida kerja cair dengan diameter 15 cm, tinggi 20 cm terbuat dari stainless steel. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.5. 6. Tabung air tekan, dengan diameter 40 cm, tinggi 100 cm dan terbuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.6. 7. Tabung tekan udara terbuat dari pipa PVC berdiameter 4 inci, tinggi 2 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.7. 8. Katup searah pada sisi tekan. 9. Pompa benam, terbuat dari PVC berdiameter 4 inci, panjang 2 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.8. 10. Katup searah pada sisi hisap. 11. Tangki air output yang berkapasitas 17 liter.


15

12. Kipas pada variasi pendinginan kondensor. 13. Alat pengukur tekanan. 14. Katup on / off fluida. 15. Bak penampung air hisap. 16. Untuk mengetahui ketinggian air pada tabung tekan. Diperlukan seperti tabung pemisah agar mengurangi cairan fluida kerja cair yang terbawa uap dengan skema sesuai gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema pemisah uap Sistem kerja alat penelitian ini dimulai dari dipanaskannya pipa tembaga yang dirangkai secara paralel. Pemanasan fluida air yang dipanasi menggunakan kompor listrik mencapai kurang lebih temperatur 60°C. Setelah dilakukan


16

pemanasan, fluida kerja dietil eter yang berada di dalam pipa tembaga akan menguap. Uap fluida kerja tersebut akan masuk ke tabung pemisah fluida kerja. Di tabung pemisah uap ini, fluida kerja akan dipisah dari yang masih berbentuk cair dengan yang sudah berbentuk uap. Fluida kerja yang masih berbentuk cair terdorong sampai tabung pemisah akan dipisah dan fluida kerja yang masih cair akan kembali ke pemanas. Fluida kerja yang berbentuk uap akan terus menuju ke kondensor dan selanjutnya uap masuk tabung tekan air yang akan memberi tekanan di tabung tekan air, air yang berada di tabung tekan air akan memberi tekanan menuju tabung tekan udara. Di dalam tabung tekan udara, air mengalami kenaikan dan menyebabkan kompresi. Pada saat udara terkompresi pompa benam bekerja, katup searah sisi tekan akan terbuka karena mendapat tekanan dan air terpompa sampai tangki air out put. Saat proses pendinginan menggunakan beberapa variasi, seperti: pendinginan menggunakan air keran, air hasil pemompaan, kipas dan udara alami. Suhu pemanasan dijaga agar tidak lebih dari +60°C. Pada proses pendinginan ini menyebabkan uap fluida kerja mengembun, ini mengakibatkan tekanan menurun dan air yang berada ditabung tekan udara menjadi turun. Pada saat penurunan air di tabung tekan udara, katup searah sisi hisap di pompa benam bekerja dan terjadi proses penghisapan air dari sumur. 3.2 Variabel yang Divariasikan Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Variasi temperatur pemanas air dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m, suhu


17

temperatur pemanas air 600C, 550C, 500C, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas. 2. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi bukaan katup tabung penampung dietil eter sebagai berikut : a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 1 putaran dengan saluran tabung tekan atas. b. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. d. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. 3. Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa, air keran dengan udara alami, air dari hasil pompa, air keran dengan udara


18

kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami. Dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m, suhu temperatur pemanas air 600C, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas. 4. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi tabung penekan sebagai berikut : a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. b. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas. d. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung tekan atas.


19

Variasi bukaan katup fluida kerja dietil eter dijelaskan pada Gambar 3.3, Gambar 3.4, Gambar 3.5, dan Gambar 3.6.

Katup fluida kerja tidak terbuka Tabung penampung fluida kerja

Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir

Katup dengan bukaan 0,5 putaran Tabung penampung fluida kerja

Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran


20

Katup dengan bukaan 0,75 putaran Tabung penampung fluida kerja

Gambar 3.5 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran. Katup Dengan Bukaan 1 Putaran Tabung penampung

fluida kerja

Gambar 3.6 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran. Pada variasi pemanas dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung penampung dibuka saat fluida kerja di pemanas sudah habis. Pada variasi pemanas hanya terisi udara dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung


21

penampung dibuka saat pipa tembaga di pemanas sudah mencapai suhu 60°C. Ilustrasi variasi terlihat pada gambar dibawah (Gambar 3.7 dan Gambar 3.8).

Gambar 3.7 Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja dietil eter belum dibuka.


22

Gambar 3.8 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja dietil eter. Variasi 2 tabung tekan udara dengan cara membuka semua katup pada tabung tekan udara. Untuk variasi 1 tabung tekan udara caranya dengan menutup 2 sisi katup pada salah satu tabung tekan udara, seperti pada gambar di (3.9 dan 3.10).


Gambar 3.9 Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara.

Gambar 3.10 Variasi menggunakan 2 tabung tekan udara.

23


24

Untuk variasi pendinginan menggunakan udara alami, kipas, dan air hasil pemompaan dijelaskan pada gambar sebagai berikut :

Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas.

Gambar 3.12 Pendinginan kondensor menggunakan udara alami.


Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan. Untuk pengaturan tinggi air pada tabung penekan ditunjukan pada gambar 3.14 dan 3.15.

Gambar 3.14 Ketinggian air 140 cm pada tabung penekan.

25


Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan. Untuk ketinggian pipa buang (head pump) ditunjukan pada gambar 3.16.

Gambar 3.16 Ketinggian pipa buang (head pump) 320 cm.

26


3.3 Variabel yang diukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Tekanan pada bagian pemanas ( ) 2. Tekanan pada bagian tabung air tekan ( ) 3. Tekanan pada bagian tabung udara tekan ( ) 4. Temperatur bagian bak air pemanas ( ) 5. Temperatur bagian tengah air pemanas ( 6. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah ( ) 7. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas ( ) 8. Kenaikan air pada tabung udara tekan (h) 9. Volume pemompaan (v) 10. Waktu pendinginan ( 11. Waktu pemompaan ( 12. Waktu pemanasan (

) ) )

13. Pada penelitian ini, temperatur dapat diukur dengan menggunakan termologer, untuk mengetahui volume menggunakan bak penampung air, sedangkan waktu menggunakan stopwatch. Foto alat ukur thermologger dan manometer ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.9 dan Gambar L.10.

27


28

Gambar 3.17 Posisi thermologger dan manometer 3.4 Langkah Penelitian Berikut ini adalah langkah - langkah yang dilakukan untuk pengambilan data penelitian: 1. Persiapan alat-alat dan pembuatan alat. 2. Pengambilan data dimulai dengan pencatatan data, pencatatan data dilakukan sebelum dan sesudah pengambilan data. 3. Pada variasi temperatur pemanas air, temperatur air diatur + 600C dengan bukaan katup fluida kerja selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas. Mula-mula dilakukan variasi pengisian fluida kerja hingga penuh di pemanas dan menggunakan 2 tabung tekan.


29

4. Data yang dicatat adalah tekanan pada bagian pemanas ( ), tekanan pada bagian tabung air tekan ( ), tekanan pada bagian tabung udara tekan ( ), kenaikan air pada tabung udara tekan (h), temperatur bagian dasar pada pemanas ( ), temperatur bagian tengah pada pemanas (

temperatur

bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah ( ), temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas ( ), volume pemompaan (v), waktu pemompaan ( (

) dan waktu pendinginan (

), waktu pemanasan

). Pencatatan data dilakukan

saat akan melakukan pengambilan data. 5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air, temperatur air diatur + 550C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas. 6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air, temperatur air diatur + 500C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas. 7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1) sampai Persamaan (9).


30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian Berikut data hasil penelitian yang didapat dengan berbagai variasi seperti variasi temperatur 500C, 550C, dan 600C pada pemanas air dengan 15 detik lama bukaan katup, ¾ putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m dan menggunakan 2 tabung penekan. Variasi 20 detik, 15 detik, 10 detik lama bukaan katup dengan 600C temperatur pada pemanas air, ½ bukaan katup, head pemompaan 3,2 m dan menggunakan 2 tabung penekan. Variasi pendinginan pada kondensor seperti menggunakan air hasil pemompaan dengan udara alami, air hasil pemompaan dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas dan pendinginan udara kipas, dengan lama bukaan katup fluida kerja 15 detik, ¾ putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m. Variasi 2 tabung penekan dengan ½ bukaan katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan 20 detik lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung penekan dan 3,2 m head pemompaan. Variasi 1 tabung penekan dengan ½ bukaan katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan 20 detik lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung penekan dan 3,2 m head pemompaan. Penjelasan penamaan kolom serta baris dijelaskan sebagai berikut:


31

Baris Awal

: Kondisi setelah proses pendinginan selesai dan posisi fluida kerja dietil eter belum masuk ke pemanas. Dapat disebut awal dari proses tekan maupun akhir dari proses hisap.

Akhir

: Kondisi ketika pemompaan selesai. Dilihat dari ketinggian air yang berada pada tabung udara tekan menurun. Proses ini dapat dikatakan akhir dari siklus tekan.

Kolom Termokopel A : Temperatur air di bagian bak. : Temperatur di bagian bak penampung air pemanas. : Temperatur pada bagian pipa yang masuk ke dalam kondensor. : Temperatur pada bagian saluran pipa keluar di evaporator. Termokopel B : Temperatur output air pendingin. : Temperatur pada bagian output kondensor. : Temperatur pada bagian input kondensor


32

: Temperatur pada bagian input air pendingin : Tekanan udara di pipa pemanas yang terbaca manometer. : Tekanan udara tabung tekan air yang terbaca manometer. : Tekanan tabung tekan udara yang terbaca manometer.

Level Dietil Eter

: Ketinggian fluida kerja dietil eter pada tabung air penekan.

Level air

: Ketinggian air pada tabung penekan.

Level bak

: Ketinggian air pada bak penampung air hisap.

penampung bawah Level Bak Atas

: Ketinggian air pada tangki air output.

Lama pemompaan

: Waktu untuk keluarnya air pada tangki air output

Lama Pendinginan `: Waktu untuk menurunkan suhu yang berada pada kondensor

kondensor.

Lama kembali dietil : Waktu untuk kembalinya cairan fluida kerja dietil eter eter Lama Penghisapan

ke posisi awal : Waktu penghisapan pada bak air hisap yang mengalir menuju pipa benam.


Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi temperatur pada evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan 500C, bukaan katup fluida dietil eter 0,75, selama 15 detik. 0 0 TEKANAN LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA VARIASI THERMOKOPEL A( c) THERMOKOPEL B ( c) LEVEL DIETIL LEVEL AIR Kondisi P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit) TEMPERATUR awal 0,08 0,01 0 60 52 28 35 26 25 29 24 97,7 139,5 175 190 0 0 0 0 60 0C akhir 0,68 0,52 0,42 62 53 41 44 27 37 37 25 81 225 170,3 209,5 1,32 23,5 23,5 19 awal 0 0 0 55 41 25 30 22 24 27 25 97,5 137 175 190 0 0 0 0 55 0C akhir 0,61 0,58 0,42 54 45 42 42 27 37 35 25 80,2 227 169,6 209,6 2,1 27 27 20 awal 0,09 0,03 0,03 50 43 32 35 25 26 32 25 96,8 146 175 190 0 0 0 0 50 0C akhir 0,59 0,52 0,43 51 45 40 37 26 35 35 25 79,8 233,5 169,6 212 2,9 27 27 20 Tabel 4.2

Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran katup, 60 temperatur evaporator. 0 0 THERMOKOPEL A( c) THERMOKOPEL B ( c) LEVEL DIETIL LEVEL AIR

TEKANAN

LEVEL BAK (cm)

LEVEL BAK

ETTER (cm)

(cm)

TAMPUNGAN BAWAH

ATAS (cm)

24 27 25

98,1

130,5

175

190

0

0

0

0

0,63 0,59 0,42 60 56 41 45 24

35 34 24

80,6

126,5

170,8

210,5

1,37

29

29

26

0,09 0,63 0,09 0,6 0,09 0,59

24 37 25 37 24 32

97,5 81,6 97,3 83 97,2 84,3

143,3 226 144 217 145 210,5

175 170,8 175 171,5 175 172,3

190 209 190 205 190 202

0

0

0

0

1,38

50

50

42

0

0

0

0

1,28

41

41

33

0

0

0

0

1,17

39

39

30

P1

P2 P3

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

0,01

0

60 54 25 34 22

0,05 0,59 0,05 0,57 0,05 0,55

0

0,02 0,42 0,02 0,42 0,02 0,42

60 59 60 59 60 60

52 51 49 49 53 53

30 40 30 41 32 38

34 43 34 42 34 43

25 26 26 27 26 26

30 35 30 34 30 34

25 24 25 25 24 25

LAMA

LAMA PENDINGINAN

PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt)

LAMA KEMBALI

LAMA

DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

33

BUKAAN VARIASI Kondisi KATUP Lama bukaan katup (s) awal 1 15 akhir awal 20 0,5 akhir awal 15 0,5 akhir awal 10 0,5 akhir


Tabel 4.3

Data penelitian dengan variasi pendinginan pada kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas, dan pendinginan dengan udara alami, bukaan katup fluida 0,75 putaran selama 15 detik.

TEKANAN VARIASI Kondisi P1 P2 Pendinginan Kondensor awal 0,07 0,02 Air Pompa, air keran & Udara alami akhir 0,62 0,6 awal 0,1 0,05 Air Pompa, air keran & Udara Kipas akhir 0,61 0,58 awal 0,1 0,05 Udara Kipas akhir 0,63 0,38 awal 0,1 0,05 Udara Alami akhir 0,63 0,58

0 0 THERMOKOPEL A( c) THERMOKOPEL B ( c) LEVEL DIETIL LEVEL AIR

P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

0,02 0,45 0,03 0,43 0,02 0,42 0,03 0,43

60 60 60 59 60 59 60 60

49 48 38 34 28 29 39 27

32 41 33 41 33 42 30 43

34 43 34 43 36 43 35 44

22 25 24 25 27 27 26 27

22 37 26 36 26 40 25 41

33 34 29 35 32 38 30 40

24 25 25 25 25 27 25 26

ETTER (cm)

(cm)

97,9 81,2 97,6 81,5 97,3 86 97,8 81,8

138,7 227,5 142 228,8 147,5 227 143 226

LEVEL BAK (cm)

LEVEL BAK

LAMA

TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit)

175 170,4 175 170,5 175 171 175 170,4

190 211,5 190 211,4 190 208,5 190 209,3

LAMA PENDINGINAN

LAMA KEMBALI

LAMA

KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

1,36

45

45

24

1,5

29

29

20

1,38

94

94

59

1,39

100

100

51

34


Tabel 4.4

Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan seperti menggunakan 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m, bukaan katup fluida 0,5 putaran selama 10 detik.

VARIASI Tabung Penekan

Kondisi

awal akhir awal 2 Tabung, Ketinggian air 1,4m akhir awal 1 Tabung, Ketinggian air 1,7m akhir awal 1 Tabung, Ketinggian air 1,4m akhir 2 Tabung, Ketinggian air 1,7m

0 0 THERMOKOPEL A( c) THERMOKOPEL B ( c) LEVEL DIETIL LEVEL AIR

TEKANAN P1

P2

P3 T1

T2 T3 T4 T1 T2

T3 T4 ETTER (cm)

(cm)

0,05 0,6 0,08 0,62 0,1 0,57 0,07 0,54

0,03 0,53 0,04 0,58 0,08 0,54 0,02 0,5

0 0,41 0,01 0,44 0,03 0,42 0 0,41

26 27 45 43 51 51 48 51

32 35 33 36 35 36 30 37

170 237,5 142,8 224,3 171,5 239,5 140 223

60 61 60 59 60 59 60 61

27 41 26 43 34 42 26 41

35 44 30 43 35 43 33 45

26 27 26 27 25 27 22 26

24 36 27 37 24 37 24 36

22 25 26 27 24 25 24 25

97,3 83,1 96,8 81,2 96,9 89,9 97,1 88,7

LEVEL BAK (cm)

LEVEL BAK

LAMA

TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit)

175 171,7 175 170,6 175 173,3 175 173,4

190 206 190 208 190 197 190 198

LAMA PENDINGINAN KONDENSOR (mnt)

LAMA KEMBALI

LAMA

DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)

1,28

92

92

47

1,42

58

58

40

1,16

72

72

38

1,15

92

92

37

35


36

Setelah data terkumpul, dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal mendapatkan data. Perhitungan berikut ini menggunakan variasi temperatur pada data pertama dalam Tabel 4.1. Perhitungan pertama adalah menghitung daya pompa. Pada perhitungan ini menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah sebagai berikut Head = 3,20 m

volair

= 1000 kg/m3 g

= 9,805liter

tpompa = 79,2 detik

= 9,81 m/det2

Perhitungan daya pompa adalah Ppompa

=

Ppompa

= (1000 kg/m3)(9,81 m/det2)(

Ppompa

gQ H

= 3,88

) (3,2meter)

watt

Perhitungan selanjutnya adalah mengitung daya pemanas. Dalam perhitungan daya pemanas menggunakan Persamaan (2). Parameter yang didapat adalah TA1=Ta1

= 62°C

TA4=Te1

= 44°C

TA2=Ta2

=53°C

TB3=Te2

= 37°C

D

= ½ inch

g

= 9,81 m/s2


L

37

= 60 cm

Diperlukan sifat-sifat fluida yang digunakan untuk menghitung daya pemanas adalah bilangan Nusselt, bilangan Prandtl, bilangan Rayleigh dan koefisien perpindahan kalor perhitungan. Perhitungan bilangan Rayleigh menggunakan Persamaan (3). Bilangan Nusselt konveksi luar pipa dapat menggunakan Persamaaan (4) dan untuk bilangan Nusselt konveksi dalam pipa dapat menggunakan Persamaan (5), Bilangan Prandtl air adalah 127,86 dan fluida kerja adalah 12,708 diketahui dari tabel (Cangel, 2008). Untuk menghitung koefisien perpindahan kalor menggunakan Persamaan (6). Setelah semua sifatsifat fluida diketahui maka daya pemanas dapat dihitung Perhitungan bilangan Rayleigh luar pipa adalah

318348,04

Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air (

dan

permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi Perhitungan bilangan Rayleigh dalam pipa adalah

adalah temperatur


38

392574131

Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air (

dan

adalah temperatur

permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi Perhitungan bilangan Nusselt konveksi luar pipa adalah

{

{

(

(

(

(

)

)

)

}

)

}

=14,096 Perhitungan bilangan Nusselt konveksi dalam pipa adalah

20,93 Perhitungan koefisien perpindahan kalor luar pipa adalah ( )


(

39

)

143,68 W/m2 °C Perhitungan koefisien perpindahan kalor dalam pipa adalah ( )

(

)

264,50 W/m2 °C Setelah nilai sifat-sifat fluida diketahui maka dapat dilakukan perhitungan daya pemanas. Berikut ini adalah perhitungan daya pemanas

Ppemanas  hAT Ppemanas =(143,677)×(3,14×0,0127× 0,6 ×9) ×(57,5-46,48) Ppemanas =340,83 watt Perhitungan selanjutnya adalah menghitung efisiensi pompa. Untuk menghitung efisiensi pompa menggunakan Persamaan (7). Berikut ini adalah perhitungan efisiensi pompa:


40

1,14% Untuk menghitung kompresi udara tekan digunakan Persamaan (8). Variabel yang diketahui adalah

1

V1

= 1 bar =

V2

= 18,88 liter

liter

Berikut ini adalah perhitunganya

1,36 bar Sedangkan untuk perhitungan efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan Persamaan (9) sebagai berikut: Untuk perhitungan daya pemanas (input) Diketahui : Power kompor Jumlah kompor

= 900 watt = 3 buah

Ppemanas(input) = 3 x 900 watt Ppemanas(input) = 2700 watt

 termal 

Ppemanas( output) Ppemanas(input)

100%


 termal 

41

340,83 watt  100% 2700watt

termal  12,62% Menggunakan perhitungan yang sama seluruh data penelitian dihitung dengan Persamaan (1) sampai Persamaan (9). Hasil perhitungan dari semua variasi yang diteliti, disajikan dalam bentuk tabel (4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8) Tabel 4.5

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

LAMA BUKAAN BUKAAN Volume VARIASI Debit Daya Efisiensi Efisiensi Kondisi KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % TEMPERATUR awal 25,81 15 0,75 60 0c akhir 18,88 7,43 3,89 1,14 12,62 awal 26,01 15 0,75 55 0c akhir 18,72 4,76 2,49 1,37 6,74 awal 25,28 15 0,75 50 0c akhir 18,19 3,44 1,80 0,92 7,29

Tabel 4.6

P (watt) t (mnt) t (mnt) Pemanas Pompa Pendinginan 340,83

1,32

24

182,00

2,10

27

196,76

2,90

27

Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara

BUKAAN Volume VARIASI Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) Kondisi TEMPERATUR KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan Lama bukaan katup (s) awal 26,54 1 15 60 0c akhir 26,86 5,67 2,97 0,76 14,46 390,44 1,37 29 awal 25,50 20 0,5 60 0c akhir 18,80 5,63 2,95 0,89 12,19 329,25 1,38 50 awal 25,44 15 0,5 60 0c akhir 19,53 5,06 2,65 0,91 10,80 291,48 1,28 41 awal 25,36 10 0,5 60 0c akhir 20,06 4,27 2,23 0,62 13,31 359,33 1,17 39


Tabel 4.7 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi pendinginan fluida kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air hasil dari pemompaandengan air keran, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter. VARIASI Pendinginan Kondensor Air Pompa, air keran & Udara alami Air Pompa, air keran & Udara Kipas

Udara Kipas Udara Alami

Kondisi awal akhir awal akhir awal akhir awal akhir

LAMA BUKAAN BUKAAN KATUP(s)

KATUP

15

0,75

15

0,75

15

0,75

15

0,75

Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan 25,87 18,68 6,26 3,27 1,12 10,80 291,48 1,36 45 25,61 18,57 5,55 2,90 3,46 3,11 83,97 1,50 29 25,16 18,72 5,36 2,81 6,70 1,55 41,87 1,38 94 25,53 18,80 6,12 3,20 21,78 0,54 14,71 1,39 100

Tabel 4.8 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran. VARIASI Tabung Penekan 2 Tabung, Ketinggian air 1,7m 2 Tabung, Ketinggian air 1,4m 1 Tabung, Ketinggian air 1,7m 1 Tabung, Ketinggian air 1,4m

Kondisi awal akhir awal akhir awal akhir awal akhir

LAMA BUKAAN BUKAAN KATUP(s)

KATUP

10

0,5

20

0,5

10

0,5

10

0,5

Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan 23,34 17,87 4,77 2,50 4,39 10,95 56,86 1,28 92 25,54 18,94 5,73 3,00 1,53 7,27 196,32 1,42 58 23,22 17,71 2,71 1,42 0,48 10,69 262,83 1,16 72 25,77 19,04 2,57 1,35 0,47 2,11 256,45 1,15 92

42


43

4.2 Pembahasan Berikut ini adalah hasil penelitian yang dibandingkan dengan variasi lainnya Tabel 4.9 Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P t t temp (C) Pompa (ltr/mnt)Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas (watt) Pompa (mnt) pendinginan (mnt) 60 7,43 3,89 1,14 12,62 340,83 1,32 23,50 55 4,76 2,49 1,37 6,74 182,00 2,10 27,00 50 3,44 1,80 0,92 7,29 196,76 2,90 27,00

8,00

Debit Pompa (ltr/mnt)

7,00

7,43

6,00 5,00

4,76

4,00 3,00

3,44

2,00 1,00 0,00 60

55 Temperatur

50 (0C)

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.


44

5,00 4,50

Daya Pompa (Watt)

4,00 3,50

3,89

3,00 2,50

2,49

2,00 1,50

1,80

1,00 0,50 0,00 60

55

Temperatur

50

(0C)

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara. 1,60

Efisiensi Pompa (%)

1,40

1,37

1,20 1,00

1,14 0,92

0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 60

55

Temperatur

50

(0C)

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.

Hasil penelitian pada gambar 4.1 dan gambar 4.2 terlihat perbandingan debit, dan daya pompa. Debit pemompaan dan daya pemompaan pada variasi


45

terbesar terlihat pada temperatur 600C. Besarnya debit dipengaruhi oleh besarnya daya pemanas yang diperoleh pada temperatur 600C yaitu sebesar 340,831 watt, disebabkan temperatur 600C memiliki waktu pemanasan yang lebih lama, waktu pemompaan lebih cepat dan debit pemompaan lebih besar tetapi hasil pemompaannya sedikit. Pada gambar 4.3 terlihat efisiensi tertinggi pemompaan diperoleh pada temperatur 550C, karena pada temperatur tersebut memiliki daya pemanas dan efisiensi pemanas yang lebih kecil. Kecilnya daya pemanas dan efisiensi pemanas disebabkan oleh kecil waktu pemanasan. Daya pompa dipengaruhi oleh debit, debit lebih besar maka daya pompa juga besar. Sehingga efisiensi yang dibutuhkan untuk untuk daya pemompaan lebih besar. Tetapi efisiensi besar jika daya pemanasan kecil, semakin besar temperatur evaporator waktu pemompaan juga lebih cepat. Namun untuk mengembalikan fluida kerja dietil eter seperti semula pada temperatur 500C, dan 550C membutuhkan waktu lama dalam pendinginan daripada temperatur 600C. Tabel 4.10 Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara. Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Volume yg Waktu (s) Katup Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Dihisap (ltr) 10 15 15 20

0,5 (10 s) 0,5 (15 s) 1 (15 s) 0,5 (20 s)

4,27 5,06 5,67 5,63

2,23 2,65 2,97 2,95

0,62 0,91 0,76 0,89

13,31 10,80 14,46 12,19

359,33 291,48 390,44 329,25

5,00 6,48 7,77 7,77


46

6,00


5,00

5,67

5,63

1 (15 s)

0,5 (20 s)

5,06 4,00

4,27

3,00 2,00 1,00 0,00 0,5 (10 s)

0,5 (15 s)

Lama Bukaan Katup

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

3,50

Daya Pompa (Watt)

3,00 2,50 2,00

2,97

2,95

1 (15 s)

0,5 (20 s)

2,65 2,23

1,50 1,00 0,50 0,00 0,5 (10 s)

0,5 (15 s)

Lama Bukaan Katup

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.


47

1,00 0,90

0,91

efisiensi Pompa (%)

0,80 0,70 0,60 0,50

0,89 0,76

0,62

0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,5 (10 s)

0,5 (15 s)

1 (15 s)

0,5 (20 s)

Lama Bukaan Katup

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Hasil penelitian pada Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan menunjukan bahwa pada variasi lama bukaan katup debit terbesar terjadi pada lama bukaan 15 detik dengan 1 putaran. Semakin besar bukaan katup, volume fluida kerja dietil eter semakin banyak untuk menekan air yang ada pada tabung air tekan. Ini ditunjukan pada jumlah volume uap fluida kerja dietil eter yang ada pada variasi bukaan 1 putaran katup, 15 detik lama bukaan katup lebih besar dibandingkan dengan variasi lama bukaan katup yang lain yaitu sebesar 21,98 liter. Besarnya volume uap fluida kerja dietil eter karena mempunyai daya pemanas sebesar 390,44 watt. Bukaan katup 1 putaran dengan lama bukaan katup 15 detik sangat memungkinkan menghasilkan daya pemanas besar, karena bukaan tersebut memiliki temperatur rata – rata air dan temperatur fluida kerja dietil eter yang


48

paling besar. Sedangkan untuk daya pemompaan dipengaruhi oleh debit, debit besar maka daya pemompaan juga besar. Pada gambar 4.6 menunjukan hasil efisiensi yang tertinggi terjadi pada bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik, karena perbandingan antara daya yang diberikan kepada fluida kerja dietil eter dengan daya yang diberikan dari pemanas. Pada variasi bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik mempunyai daya pemanas yang sedang, tetapi menghasilkan daya pompa yang tidak begitu kecil, yang artinya tidak ada pemanas yang terbuang. Tabel 4.11

Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter. Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Pendinginan Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Air Pompa, air keran & Udara alami 6,26 3,27 1,12 10,80 291,48 Air Pompa, air keran & Udara Kipas 5,55 2,90 3,46 3,11 83,97 Udara Kipas 5,36 2,81 6,70 1,55 41,87 Udara Alami 6,12 3,20 21,78 0,54 14,71


49


6,40 6,20

6,26

6,00

6,12

5,80 5,60

5,55

5,40

5,36

5,20 5,00 4,80 Air Pompa, air Air Pompa, air keran & Udara keran & Udara alami Kipas

Udara Kipas

Udara Alami

Variasi Pendinginan

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasipendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter. 3,40

Daya Pompa (watt)

3,30 3,20

3,27 3,20

3,10 3,00 2,90

2,90

2,80

2,81

2,70 2,60 2,50 Air Pompa, air keran & Udara alami

Air Pompa, air keran & Udara Kipas

Udara Kipas

Udara Alami

Variasi Pendinginan

Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.


Efisiensi Pompa (%)

20

50

21,78

15 10 5

6,70 1,12

3,46

Air Pompa, air keran & Udara alami

Air Pompa, air keran & Udara Kipas

0 Udara Kipas

Udara Alami

Variasi Pendinginan

Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.

Hasil penelitian pada Gambar 4.7, dan Gambar 4.8 menunjukan bahwa untuk debit dan daya pompa pada variasi ini tidak jauh berbeda dengan variasi sebelumnya yaitu 0,5 putaran 15 detik lama bukaan katup. Perbedaanya adalah pada jumlah penghisapan, karena dipengaruhi oleh volume sumur. Proses penghisapan tergantung pada kembalinya eter ke posisi semula yang dipengaruhi dari proses pendinginan. Untuk debit pompa dan daya pompa terbesar pada variasi air pompa, air keran dengan udara alami karena mempunyai waktu pompa yang cepat dengan menghasilkan hisapan pada sumur. Cepatnya penghisapan karena pada pompa benam memiliki kekosongan volume. Cepatnya pemompaan disebabkan daya pemanasnya mempunyai nilai yang besar dibandingkan daya pemanas pada variasi pendinginan yang lain.


51

Pada gambar 4.9 menunjukan efisiensi pompa data yang tertinggi terjadi pada udara alami karena efisiensi pompa berbanding terbalik terhadap efisiensi termal. Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang diberikan kepada fluida kerja dengan daya yang diberikan dari pemanas, pada variasi udara alami memiliki daya pemanas yang paling kecil sehingga efisiensi termal juga kecil. Sedangkan daya pemanas terbesar pada pendinginan air pompa, air keran dengan udara alami, karena perpindahan kalor luar dan kalor dalam pipa tersebut memiliki nilai tinggi. Lamanya pendinginan dietil eter di dalam kondensor terjadi pada

pendinginan

udara

alami

karena

pendinginan

bertujuan

untuk

mengembalikan posisi dietil eter ke posisi awal pemompaan. Dengan menggunakan udara alami proses perubahan zat uap dietil eter menjadi cair membutuhkan waktu dengan temperatur udara alami sekitar 320C, sedangkan dengan menggunakan air dan terkena kipas bisa di bawah temperatur 270C. Tabel 4.12 Perbandingan pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran. Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Volume yg Tabung Penekan Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Dihisap (ltr) 2 tabung, level air 140 2 tabung, level air 170 1 tabung, level air 170 1 tabung, level air 140

5,73 4,77 2,71 2,57

3,00 2,50 1,42 1,35

1,53 4,39 0,48 0,47

7,27 2,11 10,95 10,69

196,32 56,86 295,69 288,50

8,14 6,11 3,15 2,96


52

6,00


5,50

5,73

5,00 4,50

4,77

4,00 3,50 3,00 2,50

2,71

2,00

2,57

1,50 1,00 2 tabung, level air 2 tabung, level air 1 tabung, level air 1 tabung, level air 140 170 170 140

Variasi Tabung Penekan

Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran. 3,5

Daya Pompa (watt)

3 3,00 2,5 2,50 2 1,5 1,42

1,35

1 tabung, level air 170


1 0,5 2 tabung, level air 140



Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10 detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.


53

5 4,5

4,39

Efisiensi Pompa (%)

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5

1,53 0,48

0,47

0 2 tabung, level air 2 tabung, level air 1 tabung, level air 1 tabung, level air 140 170 170 140


Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.

Hasil penelitian pada Gambar 4.7, Gambar 4.8 menunjukan bahwa debit, dan daya pompa terbesar terlihat pada variasi 2 tabung dibandingkan dengan 1 tabung, karena pemompaan dengan 2 tabung mempunyai tenaga yang lebih besar untuk mengompress udara, tetapi membutuhkan waktu yang lama untuk pemompaan dibandingkan dengan 1 tabung. Lamanya pemompaan disebabkan bertambahnya 1 beban tabung penekan. Variasi 2 tabung penekan untuk debit pemompaan dan daya pemompaan terbesar pada ketinggian air 140 cm, karena perbedaan lama bukaan katup fluida kerja dietil eter. Untuk 2 tabung ketinggian air 140 cm memiliki lama bukaan katup selama 20 detik, sedangkan untuk 2 tabung ketinggian air 170 cm memiliki bukaan katup selama 10 detik. Sedangkan untuk 1 tabung debit dan daya pemompaan terjadi pada ketinggian 170 cm, karena memiliki perbandingan waktu yang lebih lama


54

dibandingkan dengan ketinggian air 140 cm. Lamanya pemompaan disebabkan massa air yang dimiliki pada ketinggian air 170 cm lebih besar bebannya daripada ketinggian air 140 cm. Tetapi untuk ketinggian air 140 cm menghasilkan keluaran air lebih besar, karena beban yang dimiliki pada ketinggian air 140 cm kecil dalam mengkompresikan udara. Ringannya beban pada ketinggian 140 cm terlihat pada volume uap dietil eter yang besar daripada volume uap dietil eter ketinggian air 170 cm. Hasil penelitian pada Gambar 4.9 menunujukan bahwa efisiensi pompa tertinggi pada penggunaan 2 tabung penekan dengan ketinggian air 170 cm, karena daya pemanas yang kecil dibandingkan dengan ketinggian air 140 cm. Daya pemanas dipengaruhi oleh lama pemanasan, lamanya pemanasan lebih lama daya pemanas pun semakin besar. Tetapi tidak berlaku pada 1 tabung, efisiensi terbesar pada 1 tabung ketinggian air 170 cm, karena memiliki daya pompa dan daya pemanas yang besar. Daya pemanas yang kecil pada ketinggian 140 cm karena sedikitnya waktu pemanasan dibandingkan dengan 1 tabung ketinggian 170 cm.


55

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan 1. Pembuatan pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas disusun secara paralel dengan tabung pemisah uap telah dibuat. 2. Debit pompa maksimum terbesar pada semua variasi terjadi pada variasi temperatur evaporator sebesar 600C dengan ketinggian air 1,40 m, bukaan katup 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 dtk, menggunakan pendinginan air keran dan air hasil pemompaan dengan besar debit 7,43 liter/mnt. 3. Daya pemompaan maksimum yang diperoleh pada variasi temperatur evaporator sebesar 600C dengan ketinggian air 1,40 m, bukaan katup fluida kerja 0,75 putaran, lama bukaan katup fluida kerja 15 dtk, menggunakan pendinginan air keran dan air hasil pemompaan, daya pemompaan sebesar 3,89 watt. 4. Efisiensi

pemompaan

maksimum

yang

dihasilkan

pada

variasi

pendinginan udara alami dengan hasil sebesar 21,776%, menggunakan 2 tabung penekan, lama bukaan katup 10 dtk, bukaan katup fluida kerja 0,5 putaran dan 600C temperatur pada evaporator.


56

5.2 Saran 1. Diusulkan agar pada diameter pipa evaporator dibuat lebih kecil, agar dalam menekan tabung mempunyai tekanan yang besar. 2. Diusulkan

untuk

mengurangi

persambungan

pada

pipa,

agar

meminimalisir kebocoran pada pipa. Jika ada persambungan, lebih baik dilakukan dengan pengelasan dibandingkan dengan menggunakan double neple. Jika menggunakan double neple, sebaiknya dilapis dengan autosiller. 3. Pastikan semua alat pada penelitian berfungsi dengan baik, seperti katup searah dll. Dengan membongkar alat yang tidak berfungsi dengan baik, kemungkinan besar pada pemasangan alat kembali akan terjadi kebocoran. 4. Pastikan pada saat pemanasan pada evaporator mempunyai temperatur yang tetap.


57

DAFTAR PUSTAKA

Cengel, Y.A.; Bobs, M.A., 2008. Thermodinamics, an Engineering Apporoach,Sixth Edition, Mc Graw Hill Mahkamov, K.; Orda, E.P., 2005. Solar Thermal Water Pumps: A Preliminary Analysis of the Working Process, Journal of solar energy engineering, February 2005, volume 127, Issue 1, pp. 29-36 Sanjaya, G.A, S.T., 2012. Unjuk Kerja Pompa Air Energi Termal dengan Pemanas Vertikal Menggunakan Dua Pipa Pemanas Paralel, Yogyakarta: Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Spindler, K.; Chandwalker, K.; Hahne, E., 1996. Small solar (thermal) waterpumping system, Solar Energy, Volume 57, Issue 1, July 1996, Pages 69-76 Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., 1995. The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion andManagement, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 1167-1173 Sumathy, K., 1999. Experimental studies on a solar thermal water pump,Applied Thermal Engineering, Volume 19, Issue 5, May 1999, Pages449-459 Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2000. Performance of a solar water pump with npentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion andManagement, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927 Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001a. Performance of a solar water pump with ethyl ether as working fluid, Renewable Energy, Volume 22, Issues1-3, January-March 2001, Pages 389394 Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2001b. Thermodynamic analysis and optimization of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume21, Issue 5, April 2001, Pages 613-627


LAMPIRAN

Gambar L.1 Alat penelitian pompa air energi termal

Gambar L.2 Pemanas fluida kerja

Gambar L.3 Tabung pemisah uap

58


Gambar L.4 Kondensor

Gambar L.6 Tabung tekan air

Gambar L.5 Tabung penampung dietil eter

Gambar L.7 Tabung tekan udara

59


Gambar L.8 Pompa benam

Gambar L.10 Manometer

Gambar L.9 Thermologger

Gambar L.11 Tampungan Sumber air

60

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents