PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
STUDI EKSPERIMENTAL UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR MIRING
SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
diajukan oleh :
CHRISTIAN HALIM 095214003 Kepada
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012 i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
EXPERIMENTAL STUDY OF THERMAL ENERGY WATER PUMP PERFORMANCE USING SLOPING EVAPORATOR
THESIS For fulfill requirement undergraduate degree
Mechanical Engineering Faculty of Science and Technology
proposed by:
CHRISTIAN HALIM 095214003
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012
ii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas anugerah dan bimbinganNya yang penuh kasih, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun skripsi yang berjudul βStudi Eksperimental Unjuk Kerja Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator Miringβ. Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Mesin (S.T.) di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dengan tersusunnya skripsi ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi. 2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin 3. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis. 4. Cynthia Listiyani Santoso yang sudah menemani dalam penyusunan skripsi ini 5. Albertus The Sugiarto, Oryza Sativa, dan Galih Aji Sanjaya yang sudah membantu dalam pengambilan data. 6. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Penulis menyadari bahwa banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan skripsi ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak yang membangun agar penulisan skripsi ini dapat lebih baik lagi.
Yogyakarta, 2012 Penulis
Christian Halim
viii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR ISI
Halaman Judul ..................................................................................................
i
Title Page ..........................................................................................................
ii
Halaman Persetujuan ........................................................................................
iii
Halaman Pengesahan ........................................................................................
iv
Pernyataan Keaslian Karya ...............................................................................
v
Kata Pengantar ..................................................................................................
vi
Daftar Isi ..........................................................................................................
viii
Daftar Gambar ..................................................................................................
x
Daftar Tabel ......................................................................................................
xiii
Abstrak ..............................................................................................................
xv
Bab I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................
1
1.2 Batasan Masalah .........................................................................................
2
1.2 Tujuan .........................................................................................................
2
1.3 Manfaat .......................................................................................................
3
Bab II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan ..............................................................
4
2.2 Dasar Teori ... ..............................................................................................
7
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Bab III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Alat ..................................................................................................
11
3.2 Prinsip kerja alat ..........................................................................................
13
3.2 Variabel yang di variasikan .........................................................................
14
3.3 Variabel yang di ukur ..................................................................................
17
3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data ....................................................
17
Bab IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Tabel Data dan Hasil Penelitian ................................................................. 19 4.2 Pembahasan ................................................................................................. 31
Bab V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .................................................................................................
44
5.2 Saran ...........................................................................................................
44
Daftar pustaka ...................................................................................................
45
Lampiran
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Skema
pompa
energi
panas
menggunakan
pendingin
(Widagdo, 2009) ......................................................................... Gambar 2.2
Skema pompa air energi surya menggunakan kotak pendingin (Sugiarto, 2012) ..........................................................................
Gambar 2.3
5
Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel (Martanto, 2010) .............................................................
Gambar 2.4
5
6
Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009) ........................................
6
Gambar 3.1
Skema alat ..................................................................................
11
Gambar 3.2
Evaporator ..................................................................................
12
Gambar 3.3
Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3) 1,7m ......................................................................................
Gambar 3.4
Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml ............................................................
Gambar 3.5
Gambar 3.7
15
Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter ...................................................
Gambar 3.6
14
16
Variasi tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan ..........................................................................
16
Posisi temperatur yang diukur pada pompa ...............................
17
xi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 4.1 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............. Gambar 4.2
31
Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ..........................................................................................
Gambar 4.3
32
Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............
33
Gambar 4.4 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ..................... Gambar 4.5
34
Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ...
Gambar 4.6
35
Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .............
36
Gambar 4.7 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara ....................................
xii
37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 4.8 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara ............................ Gambar 4.9
38
Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara ............................
39
Gambar 4.10 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter .....................
40
Gambar 4.11 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter ...............
41
Gambar 4.12 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter ......................
42
Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter .............
xiii
43
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm , volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara .........
Tabel 4.2
22
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ...................................................................................
Tabel 4.3
23
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara......... 24
Tabel 4.4
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volum eter 653ml , volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .....................................
Tabel 4.5
25
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .......
Tabel 4.6
26
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .....................................
xiv
27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.7
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara ........ 28
Tabel 4.8
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 244cm, volume eter 653ml,volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara .........
Tabel 4.9
29
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 170cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ........
30
Tabel 4.10 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara ......... 31 Tabel 4.11 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara ........
xv
31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ABSTRAK
Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi maksimum. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Panas berasal dari kompor listrik yang akan memanaskan fluida kerja yaitu dietil eter. Variabel yang diukur adalah temperatur,volume dan waktu pemompaan. Variabel yang di variasikan adalah variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi penggunaan tabung tekan, (1) satu tabung tekan udara dan (2) dua tabung tekan udara. Hasil penelitian menunjukan debit maksimum sebesar 0,63 liter/menit didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 1,7m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. Daya pompa maksimum sebesar 0,185 watt dan efisiensi pompa maksimum sebesar 0,047% didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara.
Kata kunci : pompa air, energi termal, dietil eter, daya, efisiensi
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Air merupakan salah satu kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan
manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, mencuci, dan kebutuhan lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum dioptimalkan. Tetapi semua itu akan menjadi kurang bermanfaat apabila yang dimiliki tidak diolah dengan sebaik-baiknya. Sumber air umumnya terletak lebih rendah dari tempat air yang diperlukan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang memerlukan. Pada umumnya pompa air digerakan oleh energi listrik, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk digerakan dengan energi lain yaitu dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar). Tidak semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik dan sarana transportasi yang baik, sehingga sulitnya bahan bakar yang akan didapatkan. Selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga dapat mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup. Selain penyediaan air yang menjadi mahal, penyediaan air dengan menggunakan tenaga manusia seperti menimba, membawa dengan ember, atau dengan pompa tangan akan mengurangi waktu dan juga tenaga untuk dapat melakukan kegiatan lain yang lebih produktif.
1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2
Energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi termal. Energi termal dapat berasal dari batu bara, energi surya, panas bumi atau panas buangan dari industri yang sudah tidak terpakai lagi. Di Indonesia unjuk kerja pompa air energi termal belum banyak diteliti, khususnya dengan fluida kerja dietil eter. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter dengan pemanas tunggal yang memiliki kemiringan 300. Pemanas diposisikan dengan kemiringan 300 bertujuan untuk menyesuaikan kondisi pada penggunaan kolektor surya. Selain itu juga untuk mengetahui debit, daya pompa dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan.
1.2
Batasan Masalah Dalam penelitian ini fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Dietil
eter yang digunakan didapat dari toko kimia yang berbeda beda. Dalam penggunaan dietil eter terdapat sedikit perbedaan karakteristik antar dietil eter. Maka nilai hfg yang digunakan ditetapkan sebesar 360,2 KJ/Kg . Tekanan udara sekitar pada tiap-tiap daerah berbeda beda, tergantung ketinggian permukaan tanah dengan permukaan air laut. Pada penelitian ini tekanan udara sekitar diasumsikan sebesar satu bar.
1.3
Tujuan
Dari penelitian yang dilakukan memiliki tujuan sebagai berikut : 1. Membuat model pompa air energi termal 2. Mengetahui debbit maksimum yang dapat dihasilkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3
3. Mengetahui daya pompa maksimum yang dapat dihasilkan 4. Mengetahui efisiensi maksimum yang dapat dihasilkan
1.4
Manfaat
Manfaat yang dapatkan diperoleh dari penelitian adalah sebagai berikut : 1. Menambah informasi mengenai pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter. 2. Dapat dikembangkan pompa air energi termal menggunakan fluida kerja dietil eter untuk penelitian selanjutnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Penelitian yang Pernah Dilakukan Penelitian pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu
pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian secaara teoritis pompa air energi 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). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variaso head antara 2-5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian pompa air energi surya dengan menggunakan model matematis memperlihatkan unjuk kerja pompa detentukan oleh fraksi uap dari siklus. Pada Gambar 2.1 penelitian menggunakan volume evaporator 26 cc menghasilkan daya pemompaan 0,119 watt dan efisiensi 0,152% untuk head 1,75 m (Widagdo, 2009).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 5
Gambar 2.1 Skema pompa 5nergy panas menggunakan pendingin (Widagdo, 2009)
Pada Gambar 2.2 daya pemompaan terbesar terjadi pada head 3,25 m dengan volume eter 844 ml yaitu sebesar 0,335 watt, efisiensi pompa terbesar terjadi pada variasi head 1,7m dengan volume eter 653 ml yaitu sebesar 0.054%.
Gambar 2.2 Skema pompa air 5nergy surya menggunakan kotak pendingin (Sugiarto, 2012) Pada Gambar 2.3 penelitian menggunakan volume evaporator 110 cc
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6
menghasilkan daya pemompaan 0,029 watt dan efisiensi 0,043% untuk head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci (Martanto, 2010).
Gambar 2.3 Skema pompa energi panas menggunakan dua evaporator paralel (Martanto, 2010)
Pada Gambar 2.4 penelitian menggunakan volume evaporator 285 cc menghasilkan daya pemompaan 0,359 watt dan efisiensi 0,082% untuk head 2,5 m dan selang osilasi 3/8 inci (Lukito, 2009).
Gambar 2.4 Skema pompa energi panas menggunakan dua pipa hisap dan dua evaporator paralel (Lukito, 2009)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7
2.2
Dasar Teori
Pompa air energi termal pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu pulsa jet (water pulse jet), fluidyn pump, dan jenis nifte pump). Pompa air energi termal umumnya terdiri dari beberapa komponen, yaitu pengerak pompa air, evaporator, saluran hisap, dan saluran tekan. Pemanfaatan energi surya untuk menghasilkan energi mekanik penggerak pompa air dapa dikelompokkan menjadi dua yaitu metode termodinamik dan metode konversi langsung. Pada metode termodinamik, energi termal surya dikumpulkan menggunakan kolektor termal baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal digunakan untuk menaikkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung untuk menghasilkan energi
mekanik.
Energi
mekanik
yang
dihasilkan dimanfaatkan untuk
menggerakkan pompa air. Pompa air dengan disain khusus dapat dikelompokkan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi lagsung energi surya dikonvrsikan menjadi energi listrik (dengan photovoltaic, thermoelektrik atau thermionik), energi listrik yang dihasilkan digunakan motor listrik untuk menggerakkan pompa air. Pada penelitian ini digunakan dietil eter (diethyl ether). Pada bagian evaporator terdapat selubung pipa yang berguna sebagai tempat penerima panas berupa uap air yang berasal dari pemanasan air. Di dalam evaporator terdapat fluida kerja berupa eter, karena menerima panas dari uap air maka dietil eter akan menguap, titik didih dietil eter sekitar 360C. Karena eter dalam evaporator menguap, maka tekanan dalam pompa akan naik dan akan mendorong air yang berada di pompa benam
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8
naik ke tangki penampung. Uap dietil eter akan masuk kedalam kondensor dan mengalami pendinginan, sehingga uap dietil eter akan mengembun. Karena terjadinya pengembunan maka tekanan di dalam pompa akan turun sampai pada kondisi tekanan sebelum dimulai penguapan dietil eter, sehingga menyebabkan air yang berasal dari sumber air akan terhisap masuk ke dalam pompa benam, bersamaan dengan hal ini, dietil eter akan kembali ke dalam evaporator untuk dipanaskan kembali. Siklus seperti ini terjadi berulang-ulang selama masih ada sumber panas dari uap air. Setiap satu langkah tekan pompa (pada proses penguapan dietil eter) dan satu langkah hisap (pada proses pengembunan uap dietil eter) dapat disebut satu siklus pemompaan. Pada pompa benam dilengkapi dengan dua katup searah, yang masing-masing pada sisi hisap dan pada sisi tekan. Katup berfungsi agar langkah tekan hanya mengalir ke tangki penampung dan katup pada bagian sisi hisap berfungsi untuk menghisap air yang berasal dari tangki sumber air. Debit yang didapatkan berasal jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu dapat dihitung dengan persamaan : Q= dengan : V
= volume air keluar (m3)
t
= waktu yang diperlukan (detik)
Q
= Debit pemompaan (ππ3 /det)
ππ π‘π‘
(soemitro,1986)
(1)
Daya pemompaan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 9
ππππππππππππ = ππ . ππ . ππ. π»π»
dengan: Ο
= massa jenis air ( kg/ ππ3 )
Q
= percepatan gravitasi (m/ππππππ 2 )
H
= head pemompaan (m)
g
(soemitro,1986) (2)
= debit pemompaan(ππ3 /ππππππ)
Ppompa = daya (watt)
Daya pemanasan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut
Ppemanasan = meter . hfgeter tpemanasan
(Cengel,2008)
(3)
dengan : meter
= massa eter (Kg)
hfg
= kalor laten penguapan (KJ/Kg)
tpemanasan = waktu pemanasan (detik) Ppemanasan= Daya pemanasan (watt)
Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan dengan besarnya daya pemanasan . Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10
Ξ·pompa =
π·π·π·π·π·π·π·π· ππππππππππ
π·π·π·π·π·π·π·π· ππππππππππππππππππ
.100%
(soemitro,1986) (4)
Tekanan dalam tabung tekan udara dapat dihitung dengan persamaan : P1 . V1 = P2 . V2 P2 = P1 . V1 V2 dengan P1
= Tekanan udara awal (1bar)
V1
= Volume udara awal (liter)
V2
= Volume udara akhir (liter)
P2
= Tekanan yang dihasilkan (bar)
(soemitro,1986)
(5)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Skema Alat Metode yang digunakan adalah metode eksperimental yaitu membuat model
pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter. Model dapat dilihat pada skema alat berikut :
7
1
8
6
5
3
12
2
300 AIR ETER
9
AIR
4
Gambar 3.1 Skema alat
Keterangan : 1. Keran 2. Evaporator dengan kemiringan 300 3. Selubung tempat keluar dan masuk uap air
11
10
11
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12
4. Tabung tekan air 5. Tabung penampung dietil eter 6. Kotak pendingin tembaga 7. Tabung tekan udara 8. Pipa buang 9. Pompa benam 10. Katup hisap satu arah 11. Katup tekan satu arah 12. Gelas ukur uap eter keluar
uap air pemanas masuk
uap air pemanas keluar
eter cair masuk
Gambar 3.2 Evaporator
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13
3.2
Prinsip Kerja Alat Pompa air yang digunakan adalah pompa air energi termal menggunakan
fluida kerja dietil eter. Evaporator berisi dietil eter dan sistem pompa berisi air. Mula-mula evaporator dipanaskan menggunakan uap air yang dihasilkan dari pemanasan air menggunakan kompor. Uap air yang dihasilkan akan mengalir dengan sendirinya ke dalam selubung pada evaporator melalui selang. Panas dari uap air akan menyebabkan kenaikan temperatur pada evaporator. Dietil eter akan menguap karen tiitk didih yang rendah yaitu 360C. Penguapan akan memberikan tekanan yang cukup agar air pada tabung tekan air, dapat terdorong ke dalam tabung tekan udara. Air yang terdapat pada tabung tekan udara akan naik dan mendorong udara yang terhubung melalui selang, ke dalam pompa benam yang berisi air. Melewati katup satu arah menunju pipa buang yang berada di atas, air akan terdorong selama penguapan dietil eter, setelah itu terjadi pengembunan. Pengembunan menyebabkan tekanan dalam sistem turun sehingga katup hisap akan terbuka dan air dalam pompa benam akan bertambah. Air dalam tabung tekan udara akan kembali ke kondisi awal. Eter yang mengembun akan kembali ke evaporator untuk kembali dipanaskan. Setiap satu langkah tekan dan satu langkah hisap disebut satu siklus pemompaan. Pompa benam dilengkapi dengan katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup yaitu agar pada langkah tekan air tidak kembali ke sumber tetapi mengalir ke tujuan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14
3.3
Variabel yang Divariasikan Pada
penelitian
ini
dilakukan
beberapa
variasi,
dengan
maksud
mendapatkan hasil yang bervariasi. Variasi yang dilakukan yaitu : 1. Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 170cm, (2) 244cm dan (3) 325cm. 2. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. 3. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. 4. Variasi jumlah tabung tekan, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan
Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3). 1,7m. Variasi ketinggian head dapat dilihat pada Gambar 3.3.
3,25 m 2,44 m 1,7 m
1
2
3
Gambar 3.3 Variasi ketinggian head pemompaan, (1) 3,25m, (2) 2,44m dan (3) 1,7m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15
Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml. Dari variasi volume eter dapat ditentukan dari ketinggian eter. Untuk volume eter (1) 653ml, memiliki tinggi 2cm, untuk volume eter
(2) 717ml,
memiliki tinggi 3cm, dan volume eter (3) 844ml, memiliki tinggi 5cm pada tabung penampung eter. Variasi volume dietil eter pada tabung penampung dapat dilihat pada Gambar 3.4. 1
2
2cm
Gambar 3.4
3
3cm
5cm
Variasi volume dietil eter pada tabung penampung, (1) 653ml, (2) 717ml dan (3) 844ml
Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan diukur menggunakan satu tabung tekan udara. Dari variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat ditentukan dari ketinggian kolom air pada tabung tekan udara. Untuk (1) 5,49 liter, memiliki ketinggian kolom air 150cm, (2) 4,71 liter, memiliki ketinggian kolom air 165cm, dan (3) 3,14 liter, memiliki keitnggian kolom air 180cm. Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara diukur menggunakan satu tabung tekan. Variasi Volume udara tekan pada tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16
1
2
3
UDARA UDARA
UDARA
165cm
150cm
Gambar 3.5
180cm
Variasi volume udara tekan pada tabung tekan udara, (1) 5,49 liter, (2) 4,71 liter, dan (3) 3,14 liter.
Variasi penggunaan tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) tabung tekan. Variasi penggunaan tabung tekan udara dapat dilihat pada Gambar 3.6.
1
Gambar 3.6
2
Variasi jumlah tabung tekan udara, (1) satu tabung tekan dan (2) dua tabung tekan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17
3.4
Variabel yang Diukur Variabel-variabel yang diukur antara lain 1. Temperatur pada sisi bagian atas evaporator (T1), 2. Temperatur pada sisi bagian bawah selubung tempat keluar masuk uap air (T2), 3. Temperatur pada bagian masuk evaporator (T3), 4. Temperatur pada kotak pendingin tembaga (T4). 5. Volume 6. Waktu pemompaan Untuk selanjutnya dari variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk
mendapatkan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa.
T4
T3 T1
300
T2 Gambar 3.7
3.5
Posisi temperatur yang diukur pada pompa
Metode dan Langkah Pengambilan Data Metode yang dipakai dalam mengumpulkan data yaitu metode langsung.
Penulis mendapatkan data dengan cara menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah-langkah pengambilan data pompa :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 18
1. Ketinggian head diatur 2. Volume dietil eter diatur dan diisi pada tempat penampung eter 3. Termokopel dan alat ukur yang digunakan dipasang 4. Volume udara tekan pada tabung tekan udara diatur 5. Pemanasan evaporator dimulai 6. Suhu T1, T2, T3, T4 ,waktu serta volume air yang dihasilkan pompa dicatat. 7. Pendinginan dilakukan dengan menyiram kotak pendingin tembaga dengan air. 8. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 1,7m, 2,44m, dan 3,25m menggunakan satu tabung tekan udara, volume eter 653ml dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter. 9. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter dan volume eter 653ml, 717ml, dan 844ml menggunakan tabung tekan udara tunggal 10. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25m, volume eter 717ml, menggunakan satu tabung tekan udara, dengan volume udara tekan pada tabung tekan udara 5,49 liter, 4,71 liter, dan 3,14 liter. 11. Ulangi no 1-7 pada pengujian dengan head 3,25, volume eter 717ml, menggunakan dua tabung tekan udara, dengan volume udara tekan 3,14 liter.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Tabel Data dan Hasil Penelitian Dari penelitian ini diperoleh data seperti pada Tabel 4.1 sampai dengan
Tabel 4.9. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1. Perhitungan debit, daya pompa, daya pemanasan dan efisiensi pompa dilakukan dari Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 . Debit yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (1) : Q=
ππ
Q=
400
π‘π‘
95
Q = 4,21 ml/det
Dari debit yang sudah didapatkan, daya pemompaan dan daya pemanasan dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 . Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persaman (2) :
ππππππππππππ = ππ . ππ . ππ. π»π»
ππππππππππππ = 1000 .9,8 .
4,21 . 3,25 1000000
ππππππππππππ = 0,134 π€π€π€π€π€π€π€π€
19
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20
Perhitungan daya pemanasan menggunakan massa dietil eter, massa didapatkan dari pengukuran di lapangan. Untuk volume eter 653ml memiliki massa 465,8 gram, 717ml memiliki massa 511,5 gram, dan 844ml memiliki massa 602,1 gram. Dengan Hfg dietil eter sebesar 360,2 KJ/Kg .Daya pemanasan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (3) :
Ppemanasan = meter . hfgeter tpemanasan Ppemanasan =
465,8 βΆ 1000 . 360,2 344
Ppemanasan = 487,8 watt
Dari daya pompa dan daya pemanasan yang sudah didapatkan, efisiensi pompa dapat dihitung. Berikut adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 . Untuk menghitung efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan (4) :
Ξ·pompa = Ξ·pompa =
π·π·π·π·π·π·π·π· ππππππππππ
π·π·π·π·π·π·π·π· ππππππππππππππππππ
0,134
487 ,8
.100%
.100%
Ξ·pompa= 0,028%
Pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 volume udara tekan akhir adalah volume udara tekan yang tidak dapat tertekan kembali atau volume udara tekan yang tersisa pada tabung tekan udara saat proses langkah tekan. Waktu langkah tekan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21
adalah waktu yang diperlukan saat proses awal langkah tekan sampai proses akhir langkah tekan. Waktu pemompaan adalah waktu yang dicatat pada saat air yang dipompa dari sumber air mulai keluar sampai berhenti, pada saat langkah tekan terjadi. Waktu langkah hisap adalah waktu yang diperoleh pada saat pendinginan, yaitu pada saat volume udara tekan akan kembali ke volume mula-mula sampai pada volume udara tekan mula-mula. Volume adalah banyaknya air hasil pemompaan yang diukur pada saat proses pemompaan. Debit adalah perbandingan antara volume dengan waktu pemompaan. Daya pemanasan adalah perkalian antara massa eter dengan hfg dari eter pada waktu pemanasan. Daya pompa adalah perkalian antara massa jenis air, percepatan gravitasi, debit, dan head pemompaan. Efisiensi adalah perbandingan daya pompa dibanding daya pemanasan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm , volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter dan menggunakan satu tabung tekan udara
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
T1 (oc)
T2 T3 (oc) (oc)
T4 (oc)
26 40
43 44
60 48
72 51
volume udara tekan akhir ( liter ) 1,49
waktu langkah tekan (det) 344
Waktu waktu pemompaan langkah (det) hisap (det) 95
Volume (ml)
Daya Daya Debit efisiensi Pemanasan pompa (liter/mnt) (%) (watt) (watt)
400
0,253
487,815
0,134
0,028
550
0,219
307,905
0,116
0,038
450
0,276
315,429
0,146
0,046
650
0,348
392,994
0,185
0,047
600
0,290
376,252
0,154
0,041
495 26 42
38 48
70 67
54 59
27 41
42 52
75 67
61 69
1,41
545
151 420
1,57
532
98 477
27 38
34 53
61 64
64 68
1,80
427
112 594
26 41
48 51
69 69
73 72
1,41
446
124 404
22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.2
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 (oc)
T2 T3 (oc) (oc)
T4 (oc)
26 40
27 41
73 53
66 50
volume udara tekan akhir ( liter ) 1,57
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
275
69
waktu langkah hisap (det)
Volume Debit (ml) (liter/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
400
0,35
670,009
0,185
0,028
425
0,28
653,378
0,151
0,023
500
0,31
604,107
0,163
0,027
490
0,30
631,002
0,161
0,026
400
0,32
703,254
0,168
0,024
496 26 40
27 41
69 49
68 53
1,49
282
90 516
25 40
27 41
67 46
69 52
1,49
305
98 541
26 40
27 43
68 51
67 52
26 38
27 41
68 49
67 52
1,49
292
97 583
1,49
262
76 621
23
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.3
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 4,71 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
25 30 54 58 36 40 50 52
volume udara tekan akhir ( L ) 3,14
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
270
24
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml) 20
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
0,05
682,417
0,027
0,004
0,33
637,552
0,177
0,028
0,05
660,403
0,028
0,004
0,00
679,899
0,000
0,000
0,08
655,703
0,044
0,007
383 27 28 66 66 40 40 49 52
2,51
289
108
600 515
26 27 69 66 40 40 48 51
2,90
279
45
40 625
26 27 68 64 40 40 50 51
2,90
271
0
0 653
26 27 68 64 40 40 49 51
2,90
281
43
60 547
24
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.4
Kondisi
1
2
3
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volum eter 653ml , volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
24 28 62 75 38 37 53 56
volume udara tekan akhir ( L ) 3,8
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
276
0
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
0
0
607,903
0
0
0
0
642,840
0
0
0
0
671,125
0
0
402 25 28 67 61 37 38 54 51
3,9
261
0 430
25 28 67 61 37 38 52 48
3,9
250
0 638
25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.5
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
24 27 67 66 37 38 54 49
volume udara tekan akhir ( L ) 4,10
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
262
0
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
0
0,00
703,215
0,000
0,000
150
0,16
610,074
0,084
0,014
25
0,06
653,341
0,032
0,005
0
0,00
572,181
0,000
0,000
0
0,00
560,007
0,000
0,000
288 26 28 65 60 40 38 61 69
4,00
302
57 340
25 27 69 70 40 38 51 48
3,92
282
25 427
26 27 66 65 38 38 62 73
3,92
322
0 468
25 27 74 74 38 38 69 67
3,92
329
0 454
26
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.6
Kondisi
1
2
3
4
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 844ml, tinggi kolom 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
25 38 62 69 40 42 44 51
volume udara tekan akhir ( L ) 3,76
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
273
97
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
500
0,31
794,419
0,164
0,021
0
0,00
760,970
0,000
0,000
0
0,00
747,850
0,000
0
0,00
821,502
0,000
320 26 29 62 67 38 44 46 51
3,92
285
0 291
25 27 57 51 38 38 48 51
3,92
290
0
0,000
335 26 27 61 65 38 38 48 51
3,92
264
0
0,000
337
27
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.7
Kondisi
1
2
3
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
26 26 62 57 37 37 51 53
volume udara tekan akhir ( L ) 2,35
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
265
0
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
0
0,00
695,254
0
0
0
0,00
529,432
0
0
0
0,00
458,314
0
0
95 27 27 60 72 40 37 50 52
2,27
348
0 134
27 28 65 74 38 36 52 56
2,27
402
0 182
28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.8
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 244cm, volume eter 653ml,volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
27 27 61 64 40 37 40 52
volume udara tekan akhir ( L ) 1,09
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
328
141
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
800
0,34
511,528
0,136
0,027
700
0,28
539,489
0,112
0,021
800
0,38
582,573
0,152
0,026
850
0,40
592,866
0,159
0,027
850
0,40
586,647
0,161
0,028
273 27 27 66 65 40 37 46 51
1,17
311
149 296
27 27 67 66 40 38 44 51
1,09
288
126 290
27 27 67 67 38 38 44 51
1,17
283
128 315
27 27 67 68 37 37 48 51
1,17
286
126 219
29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 4.9
Kondisi
1
2
3
4
5
Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap Awal langkah tekan Akhir langkah tekan Akhir langkah hisap
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 170cm, volume eter 653ml, volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
T1 T2
T3
T4
26 27 65 64 37 38 48 51
volume udara tekan akhir ( L ) 0,86
waktu langkah tekan (det)
Waktu pemompaan (det)
251
152
waktu langkah hisap (det)
Volume (ml)
Debit (L/mnt)
Daya Pemanasan (watt)
Daya pompa (watt)
efisiensi (%)
1400
0,55
668,451
0,154
0,023
1450
0,60
684,821
0,167
0,024
1450
0,63
645,312
0,174
0,027
1550
0,63
710,937
0,175
0,025
1500
0,59
696,187
0,165
0,024
158 26 26 60 61 38 38 41 46
0,78
245
145 335
26 27 65 67 37 38 46 50
0,78
260
139 285
27 27 61 68 37 37 44 49
0,62
236
148 354
27 27 62 64 37 38 45 49
0,70
241
152 367
30
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 31
Tabel 4.10
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 171ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan dua tabung tekan udara Volume udara (liter) awal (V1) 3,14 akhir (V2) 2,27
Tabel 4.11
1,38
Data hasil perhitungan yang didapat pada variasi ketinggian head 325cm, volume eter 717ml, volume udara tekan pada tabung tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara Volume udara (liter) awal (V1) 3,14 akhir (V2) 1,49
4.2
P2 (bar)
P2 (bar) 2,10
Pembahasan Hasil penelitian pada Gambar 4.1 menunjukan debit air maksimum
didapatkan 0,63 liter/menit dengan menggunakan variasi head pemompaan 1,7 meter. 0,70
Debit (liter/menit)
0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1,70
2,44
3,25
Head pemompaan (meter)
Gambar 4.1
Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 32
Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan ketinggian head sehingga tenaga yang dibutuhkan untuk mengalirkan air ke head yang tinggi akan semakin besar daripada mengalirkan air ke head yang lebih rendah. Tenaga yang dihasilkan oleh pemanasan dietil eter sedikit karena terjadi rugi-rugi pada saluran pemanas yang tidak sepenuhnya menguapkan dietil eter, sehingga sebagian tenaga
yang
didapatkan harus terbuang karena mendorong sisa dietil eter yang belum menguap. Tenaga yang dapat digunakan untuk menaikan air menjadi kecil.
0,190 0,185
Daya pompa (watt)
0,180 0,175 0,170 0,165 0,160 0,155 0,150 0,145 1,70
2,44
3,25
Head pemompaan (meter)
Gambar 4.2 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33
Hasil penelitian pada Gambar 4.2 menunjukan Daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi head pemompaan 3,25 meter. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar seperti terlihat pada grafik di atas. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Tenaga yang dibutuhkan untuk memompa air terpakai untuk mengalirkan dietil eter yang belum menguap. Dietil eter yang menguap hanya yang bersentuhan dengan dinding pipa evaporator sehingga saat dietil eter menguap, uap eter akan mendorong cairan eter yang belum menguap, sehingga eter yang seharusnya terpanasi terbawa ke atas lalu kemudian jatuh kembali ke evaporator. Tenaga yang dihasilkan menjadi tidak stabil dan mempengaruhi proses pemompaan
0,050 0,045 0,040
Efisiensi (%)
0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 1,70
2,44
3,25
Head pemompaan (meter)
Gambar 4.3
Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi head ketinggian menggunakan variasi volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan antar head pemompaan memiliki perbadaan yang cukup besar. Variasi head 1,7m memiliki efisiensi 0,027%, variasi head 2,44m memiliki efisiensi 0,028%, pada variasi head 3,25m memiliki efisiensi 0,047%,. Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi head maka efisiensi semakin baik karena daya pemanasan yang digunakan pada head 3,25m lebih kecil daripada daya pemanasan pada head 1,7m dan 2,44m, sehingga effisiensi akan semakin naik.
0,35
Debit (liter/menit)
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 653
717
844
Volum eter (ml)
Gambar 4.4
Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
Hasil penelitian pada Gambar 4.4 menunjukan debit air maksimum didapatkan 0,31 liter/mnt dengan menggunakan variasi ketinggian dietil eter 5cm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 35
Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar. Pada volume eter 653ml tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Dietil eter yang menguap hanya yang bersentuhan dengan dinding pipa evaporator, sehingga saat dietil eter menguap, uap eter akan mendorong cairan eter yang belum menguap, sehingga eter yang seharusnya terpanasi terbawa ke atas lalu kemudian jatuh kembali ke evaporator. Kolom air juga mempunyai pengaruh besar. Ketinggian kolom air akan mempengaruhi volume udara tekan yang harus ditekan. Semakin rendah kolom air maka volume udara tekan yang harus ditekan akan semakin besar. Udara mempunyai sifat kompresibel, sehingga besarnya kenaikan kolom air tidak sama dengan naiknya air ke pipa buang.
0,180
Daya pompa (watt)
0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 653
717
844
Volum eter (ml)
Gambar 4.5 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 36
Hasil penelitian pada Gambar 4.5 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,164 watt dengan menggunakan variasi ketinggian dietil eter 5cm. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar seperti terlihat pada grafik di atas. Pada volume eter 653ml tidak terdapat daya pompa kerena tidak terjadi pemompaan Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Jumlah dietil eter yang digunakan dapat mempengaruhi daya pemompaan. Dari Gambar 4.5 terlihat bahwa semakin tinggi, atau semakin banyak dietil eter yang digunakan, maka daya pompa yang dihasilkan akan semakin besar
0,025
Efisiensi (%)
0,02
0,015
0,01
0,005
0 653
717
844
Volum eter (ml)
Gambar 4.6 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume dietil eter, menggunakan variasi head 3,25m, volume udara tekan 5,49 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37
Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada ketinggian dietil eter 5cm adalah efisiensi paling besar. Variasi volume eter 653ml tidak memiliki efisiensi, karena tidak terjadi proses pemompaan, variasi volume eter 717ml memiliki efisiensi 0,014%, variasi volume eter 844ml memiliki efisiensi 0,021 Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi atau semakin banyak dietil eter yang digunakan, maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin baik . Semakin sedikit jumlah eter yang digunakan maka semakin rendah efisiensi yang dihasilkan.
0,4 0,35 Debit (liter/menit)
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 5,49
4,71
3,14
Volume udara (liter)
Gambar 4.7 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara
Hasil penelitian pada Gambar 4.7 menunjukan debit air maksimum didapatkan 0,34 liter/mnt dengan menggunakan variasi volum udara 3,14 liter.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 38
Debit pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar pada volume udara tekan 5,49 liter. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan.. Ketinggian kolom air akan mempengaruhi volume udara tekan yang harus ditekan. Semakin rendah kolom air, maka volume udara tekan yang harus ditekan akan semakin besar. Udara mempunyai sifat kompresibel, sehingga besarnya kenaikan kolom air tidak sama dengan naiknya air ke pipa buang.
0,200 0,180
Daya pompa (watt)
0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 5,49
4,71
3,14
Volume udara (liter)
Gambar 4.8 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara
Hasil penelitian pada Gambar 4.8 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi volume udara tekan 3,14 liter. Daya pompa yang dihasilkan memiliki perbedaan yang cukup besar pada volume udara tekan 5,49 liter. Hal ini disebabkan karena ketinggian kolom air yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39
rendah. Rendahnya kolom air akan meningkatkan volume udara tekan dalam tabung tekan, sehingga membutuhkan tenaga yang lebih jika kolom air lebih rendah. Dengan tenaga yang sama maka volume udara tekan 5,49 liter akan memiliki daya pompa yang paling kecil.
0,030 0,025
Efisiensi (%)
0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 5,49
4,71
3,14
Volume udara (liter)
Gambar 4.9 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi volume udara tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan menggunakan satu tabung tekan udara
Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada volume udara tekan 4,71 liter dan 3,14 liter yaitu sebesar 0,028% . Variasi volume udara tekan 5,49 liter memiliki efisiensi sebesar 0,014. Rendahnya efisiensi pada volume udara tekan 5,49 liter disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Banyaknya udara pada volume udara tekan 5,49 liter menyebabkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40
rugi tenaga yang cukup besar, karena udara memiliki sifat kompresibel. Sehingga air yang naik pada volume udara tekan 5,49 liter tidak sama besarnya dengan air yang naik pada pipa buang.
0,40 0,35
Debit (ml/det)
0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 satu
dua Tabung Tekan
Gambar 4.10 Debit yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter
Hasil penelitian pada Gambar 4.10 menunjukan debit air maksimum didapatkan 3,47 liter/mnt dengan menggunakan variasi satu tabung tekan udara. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi proses pemompaan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi pada proses pemompaan. Penggunaan dua tabung tekan udara yang menyebabkan tenaga yang digunakan untuk memompa terbagi dua, sehingga semakin sulit untuk memompa air, karena tenaga habis untuk menekan udara yang terdapat dalam tabung tekan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41
0,200 0,180
Daya pompa (watt)
0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 satu
dua Tabung Tekan
Gambar 4.11 Daya pompa yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter
Hasil penelitian pada Gambar 4.11 menunjukan daya pompa maksimum didapatkan 0,185 watt dengan menggunakan variasi satu tabung tekan udara. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena ketinggian kolom air yang rendah. Rendahnya kolom air akan meningkatkan volume udara tekan dalam tabung tekan, sehingga membutuhkan tenaga yang lebih jika kolom air lebih rendah. Dengan menggunakan dua tabung tekan udara maka udara yang terdapat pada tabung tekan akan menjadi dua kali, sehingga tenaga yang dihasilkan akan terbagi dua untuk menekan masing-masing tabung tekan. Sehingga tenaga akan terbuang di dalam tabung tekan untuk mendorong udara yang bersifat kompresibel.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42
0,030 0,025
Efisiensi (%)
0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 satu
dua Tabung Tekan
Gambar 4.12 Efisiensi yang dihasilkan dari beberapa variasi jumlah tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter
Dari Gambar 4.12 dapat dilihat bahwa efisiensi yang dihasilkan pada satu tabung tekan udara adalah 0,028%. Pada dua tabung tekan udara tidak terjadi pemompaan. Hal ini disebabkan karena menggunakan tabung tekan, udara yang terdapat pada tabung tekan akan menjadi dua kali, sehingga tenaga yang dihasilkan akan terbagi dua untuk menekan masing-masing tabung tekan. Sehingga tenaga akan terbuang di dalam tabung tekan untuk mendorong udara. Tidak optimal nya pemanasan dapat juga menyebabkan tidak terjadinya proses pemompaan. Tekanan yang kurang dalam proses pemompaan juga menjadi hal yang mempengaruhi saat siklus pemompaan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.13
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 43
2,50
Tekanan (bar)
2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 satu
dua Tabung Tekan
Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan dari beberapa variasi tabung tekan, menggunakan variasi head 3,25m, volume eter 717ml, dan volume udara tekan pada tabung tekan udara 3,14 liter
Pada Gambar 4.13 Tekanan yang dihasilkan oleh variasi dua tabung tekan udara memiliki tekanan yang lebih kecil dibandingkan dengan tekanan pada satu tabung tekan udara. Hal ini menyebabkan air dalam pompa benam tidak dapat naik pada head 3,25m. Sehingga volume tidak keluar dan tidak menghasilkan debit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 1. Telah berhasil membuat model pompa air energi termal 2. Debit maksimum sebesar 0,63 liter/menit didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 1,7m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. 3. Daya pompa maksimum sebesar 0,185 watt didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara. 4. Efisiensi pompa maksimum sebesar 0,047% didapatkan pada variasi ketinggian head pemompaan 3,25m, volume eter 653ml, volume udara tekan 3,14 liter, dan menggunakan satu tabung tekan udara.
5.2 Saran 1. Perlu adanya penilitian lebih lanjut dengan menggunakan pemisah dietil eter 2. Saat menggunakan sealer diperhatikan bagian-bagian pada sambungan yang rawan akan kebocoran. 3. Penggunaan pemanas yang tidak menggunakan nyala api, karena eter yang
mudah terbakar jika terkena percikan api.
44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 45
DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Y.A., Michael, A.B., 2008, Thermodunamics an Engineering Approach, sixth edition, Mc Graw Hill Lukito, 2010, Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 285cc dengan 2 Pipa Hisap, hal. 42. Mahkamov, K., Djumanov, D., 2003, Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston Solar Stirling Engine, 1st International Energy Concersion Engineering Conference, Portsmouth, Virginia. Martanto, A.K., 2010, Pompa Air Energi Termal Menggunakan Dua Evaporator Paralel dengan Volume 110 cc, hal 51. Sambada, R., Puja, K., 2011, Pompa Air Energi Thermal dengan Dua Pipa Hisap, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9, Fakultas Sains dan Teknologi, USD. Smith, Thomas, C.B., 2005, Asymetric Heat Transfer In Vapour Cycle LiquidPiston Engines, pp. 1-3. Soemitro, H.W., 1986, Mekanika Fluida dan Hidraulika, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta Pusat Sugiarto, A.T., Oryza, S., Christian, H., Galih A. S., 2012, Studi Eksperimental Model Pompa Air Energi Surya Untuk Daerah Terpencil, Pekan Kreatifitas Mahasiswa Penelitian (PKM-P). Sumathy, K., Venkatesh, A., Sriramulu, V., 1995, The importance of the condenser in solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, pp. 1167-1173. Wong, Y.W., Sumathy, K., 2000, Performance of a solar water pump with npentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, pp. 915-927.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
LAMPIRAN
Pompa Air Energi Termal
Manometer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabung pendingin
Tabung Tekan udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Evpaorator
Tabung tekan air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Pompa Benam
Tabung Penampung Eter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Logger