Pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat 20 cc - USD Repository

(1)

i

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN

EVAPORATOR PELAT 20 cc

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

YUSUP AGUS SURYONO NIM : 075214018

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING 20 cc PLATE

EVAPORATOR

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

By:

YUSUP AGUS SURYONO

NIM : 075214018

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

vi

mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik namun belum semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian yang dilakukan yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)..

(6)

(7)

vi

mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik namun belum semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi termal di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai dengan penelitian yang dilakukan yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet)..

(8)

(9)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Jesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “ Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator Pelat 20 cc ” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

(10)

ix

7. Rekan kerja Robertus Agung Setiawan, Heribertus Dwi Prihantoro dan Nuri Hartarto yang saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir. Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

Yogyakarta, 19 Januari 2010

(11)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

INTISARI ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI... x

DAFTAR TABEL ... .xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.l Latar Belakang ... 1

1.2 Batasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 4

2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ... 4

2.2 Dasar Teori ... 6

BAB III. METODE PENELITIAN ... .15

(12)

x

3.2 Variabel yang Divariasikan ... 16

3.3 Variabel Pengukuran ... 18

3.4 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 18

3.5 Analisa Data ... 19

3.6 Peralatan Pendukung ... 19

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21

4.1 Hasil Penelitian ... 21

4.2 Pembahasan ... 35

BAB V. PENUTUP ... 63

5.1 Kesimpulan ... 63

5.2 Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 65

(13)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Percobaan ke-1 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 70 cc...21 Tabel 4.2. Percobaan ke-2 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 70 cc...21 Tabel 4.3. Percobaan ke-3 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi

3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 70

cc...22 Tabel 4.4. Percobaan ke-4 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 70 cc...22 Tabel 4.5. Percobaan ke-5 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 70 cc...23 Tabel 4.6. Percobaan ke-6 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m dengan Volume Evaporator 70 cc...24 Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc...25 Tabel 4.8. Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8

(14)

xii

Tabel 4.10. Percobaan ke-10 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc...31 Tabel 4.11. Data Pengujian Daya Spirtus...34 Tabel 4.12. Perhitungan Daya Spirtus...36 Tabel 4.13. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2

inci pada Evaporator berpenampang 8 x 8 cm2 dengan Volume Evaporator 70 cc dan 100 cc ( setelah menggelembung )...37 Tabel 4.14. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2

inci pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2 dengan Volume Evaporator 60 cc dan 170 cc ( setelah menggelembung )...39 Tabel 4.15. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet... ... 6

Gambar 2.2. Dimensi Evaporator ... 7

Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ... 8

Gambar 2.4. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ... 9

Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump ... 10

Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ... 11

Gambar 2.7. Sistem Kerja Nifte Pump ... 12

Gambar 3.1. Skema Pompa Air Energi Termal ... 15

Gambar 3.2. Dimensi Evaporator ... 16

Gambar 3.3. Variasi Diameter Selang Osilasi ... 17

Gambar 3.4. Variasi Ketinggian Head ... 17

Gambar 4.1. Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc ... 38

Gambar 4.2. Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc ... 38

Gambar 4.3. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Debit Pompa menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm2 ... 40

Gambar 4.4. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Daya Pompa menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm2 ... 41

Gambar 4.5. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Efisiensi Pompa menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm2 ... 43

Gambar 4.6. Evaporator Pipa Tunggal dengan Volume 44 cc ... 44

Gambar 4.7. Evaporator 2 Pipa Pararel ... 45

Gambar 4.8. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci ... 45

Gambar 4.9. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 3/8 inci ... 47

(16)

xiv

Gambar 4.11. Perbandingan Debit Antar Evaporator pada head 2,5 m dengan pipa

osilasi 1/2 inci ... 49 Gambar 4.12. Perbandingan Daya Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan pipa

osilasi 1/2 inci ... 55 Gambar 4.16. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 1,5 m dengan

pipa osilasi 3/8 inci ... 56 Gambar 4.17. Perbandingan Efisiensi Antar Evaporator pada head 1,8 m dengan

(17)

1

1.1. Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita punya tidak kita olah dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini sangatlah mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.

(18)

Pada penelitian ini menggunakan pompa air energi termal jenis pulsajet karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana serta mempunyai komponen yang mudah dibuat dan bisa dikembangkan dengan menggunakan energi surya. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut salah satunya bisa menggunakan kolektor surya plat datar jenis Compound Parabolic Collector (CPC) sehingga perlu dilakukan penelitian berikutnya tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan pada pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyarakat.

1.2. Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

1. Massa jenis air yang digunakan 1000 kg/m3 untuk berbagai kondisi. 2. Panas jenis air yang digunakan 4192,47 J/Kg ºC untuk berbagai

kondisi.

(19)

1.3. Tujuan Penelitian

1. Membuat pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc.

2. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc.

3. Membadingkan hasil yang diperoleh dari pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 bervolume 20 cc dengan pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 bervolume 60 cc dan pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 bervolume 70 cc.

4. Membadingkan hasil yang diperoleh dari pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 bervolume 20 cc dengan penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.

1.4. Manfaat Penelitian

(20)

4

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m ( Mahkamov, 2003 ). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ). Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m ( Wong, 2000 ). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus/ hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin ( Wong, 2001 ).

(21)

Menggunakan Pompa Rendam” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0,0893

Watt, Efisiensi sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor efisiensi maksimum

adalah 57,218 % ( Yoanita, 2009 ).

Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.060

% pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697

liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara ( Suhanto, 2009 ).

Dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp)

maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,213 %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).

Selanjutnya dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal Menggunakan

(22)

2.2 Dasar Teori

Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis pulsa jet air (water pulse jet) seperti pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.3, pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti Gambar 2.4, serta pompa air energi termal dengan jenis nifte pump pada Gambar 2.6. Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water pulse jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

(23)

Gambar 2.2. Dimensi Evaporator ( Nugroho, 2009 )

Keterangan Gambar 2.1 :

1. Pipa osilasi 7. Selang keluaran

2. Kran osilasi 8. Evaporator

3. Gelas ukur 9. Pendingin

4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida

5. Katup hisap satu arah 11. Rangka

(24)

Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet ( Smith, T. C. B, 2005 )

Keterangan bagian-bagian pulse jet :

1. Fluida air 5. Pipa osilasi

2. Sisi uap 6. Katup hisap

3. Sisi panas 7. Katup buang 4. Sisi dingin

(25)

kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

(26)

Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

1. Displacer 6. Katup hisap 2. Penukar panas 7. Katup buang 3. Pemicu regenerasi 8. Sisi volume mati 4. Penukar panas 9. Pengapung 5. Pipa osilasi

Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump ( Smith, T. C. B, 2005 )

(27)

Gambar 2.6. Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ( Smith, T. C. B, 2005 )

Keterangan bagian-bagian Nifte Pump : 1. Kekuatan piston 6. Katup

2. Beban 7. Saturator

(28)

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

Nifte pump memiliki dua silinder vertikal (1 dan 2) yang terhubung pada bagian atas (3), Sambungan lain terdapat di bagian bawah menggunakan katup penghambat atau penutup (4). Pada saat tekanan uap yang dihasilkan oleh evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.

Untuk menghitung unjuk kerja dari pompa air energi termal, dapat dugunakan persamaan-persamaan yang tercantum di bawah ini.

Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )

t V

(29)

Dengan:

V : volume air keluaran (ml)

t : waktu yang diperlukan (detik)

Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )

H

Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut ( Giles, 1986 )

t

(30)

Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan ( Giles, 1986 )

(2.4)

Dengan :

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

Wspritus P W

pompa =

(31)

15

3.1.Deskripsi Alat

Gambar 3.1. Skema Pompa Air Energi Termal

Keterangan :

1. Evaporator 6. Corong keluaran 11. Tangki air

2. Tempat spritus 7. Pipa osilasi 1/2 inci 12. Gelas ukur

3. Katup tekan 8. Pipa osilasi 3/8 inci 13. Rangka

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

(32)

Gambar 3.2. Dimensi Evaporator

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

1. Evaporator menggunakan bahan dari pelat tembaga sebagai bagian yang dipanasi yang berukuran 8 x 8 cm2.

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

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

3.2.Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:

(33)

Gambar 3.3. Variasi Diameter Selang Osilasi

(34)

3.3.Variabel yang Diukur

Variabel-variabel yang diukur antara lain : - Volum air yang keluar (V) - Waktu (t)

Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi

pompa (ηpompa) serta daya spirtus (W spirtus).

3.4.Langkah Penelitian

Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

Langkah – langkah pengambilan data pompa : 1. Alat diatur pada ketinggian head 1,80 m.

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

3. Gunakan diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak.

4. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem. 5. Mengisi bahan bakar spirtus.

6. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

(35)

8. Ulangi no 3 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m.

3.5.Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa).

Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik debit pompa, daya pemompaan, dan efisiensi pompa.

3.6.Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir. b. Gelas Ukur Besar

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

c. Gelas Ukur Kecil

(36)

d. Ember

(37)

21

4.1. Hasil Penelitian

Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 bervolume 20 cc dengan volume spirtus 100 ml diperoleh data-data pompa seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.10.

Tabel 4.1. Percobaan ke-1 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 20 cc

Waktu air

Tabel 4.2 Percobaan ke-2 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,5 m dengan Volume Evaporator 20 cc

(38)

Waktu air inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 20 cc

(39)

(40)

(41)

Setelah mengalami beberapa kali pemanasan, evaporator mengalami penggelembungan dan setelah dilakukan pengukuran ulang terhadap volume evaporator, ternyata volumenya naik menjadi 100 cc.

(42)

Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )

(43)

(44)

(45)

Waktu air

(46)

Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inhi dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )

(47)

Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Menggunakan Pipa Osilasi 1/2 inhi dan Head 1,8 m dengan Volume Evaporator 100 cc ( lanjutan )

Waktu air

(48)

(49)

(50)

Waktu air menggunakan bahan bakar spirtus. Air yang dipanaskan tidak boleh sampai mendidih dan diukur suhunya setiap satu menit.

Tabel 4.11. Data Pengujian Daya Spirtus

(51)

4.2. Pembahasan

Dari data-data yang diperoleh pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.10 dapat dihitung unjuk kerja pompa air energi termal dengan menggunakan persamaan 2.1 samppai 2.4.

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 Percobaan ke-I variasi head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci.

Perhitungan nilai Q ( debit )

Dimana besarnya volume keluaran sebesar 9350 ml , dan waktu yang diperlukan selama 27 menit 21 detik atau 1641 detik, sehingga debit yang dihasilkan :

Q =

detik 1641

9350 mililiter

= 5,697 mililiter/detik = 341,82 mililiter/menit = 0,342 liter/menit

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan ρ sebesar 1000

kg/m3 dan g sebesar 9,8 m/s2 :

Wp = 1000 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 0,0000057 m3/s . 1,5 m = 0,084 watt

(52)

dapat dihitung setelah diketahui mair 1kg dan T 51,3 ºC dengan Cp sebesar 4192,47

J/kg ºC melalui persamaan seperti berikut :

W spirtus

Hasil dari perhitungan daya spirtus tiap menit terdapat dalam Tabel 4.12. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

η pompa =

Hasil perhitungan dari data-data Tabel 4.1 sampai 4.10 dapat dilihat dalam Tabel 4.13.

Tabel 4.12. Perhitungan Daya Spirtus

T (⁰C) ∆T (⁰C) waktu (detik) W spirtus

(53)

Setelah melakukan perhitungan terhadap data-data yang terdapat dalam Tabel 4.1 sampai Tabel 4.10 maka diperoleh hasil perhitungan yang meliputi debit, daya, dan efisiensi pompa yang terdapat dalam Tabel 4.13.

Tabel 4.13. Perhitungan Pompa Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan 1/2 inci pada Evaporator berpenampang 8 x 8 cm2 dengan Volume Evaporator 20 cc dan 100 cc ( setelah menggelembung )

Percobaan

(54)

Gambar 4.1. Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc

(55)

Head

(56)

Untuk mempermudah dalam pembahasan maka perlu dibuat grafik yang menunjukkan debit maksimum pompa, daya maksimum pompa, dan efisiensi maksimum pompa untuk setiap variasi pengambilan data yang diambil dari Tabel 4.13.

Gambar 4.3. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Debit Pompa menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm2 Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa debit pompa maksimum adalah 0,347 liter/menit yang terdapat pada variasi ketinggian head 1,8 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 20 cc. Sedangkan untuk variasi ketinggian head 1,8 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 100 cc memiliki debit pompa maksimum 0,269 watt. Ini menunjukkan bahwa peningkatan volume evaporator berpengaruh terhadap turunnya debit pompa. Untuk variasi head 1,5 m pada pipa

pipa osilasi 3/8 inci volume evaporator 20 cc

(57)

debit maksimu

mum sebesar 0,342 liter/menit dan pada head 2 inci dengan volume evaporator 20 cc hanya

0,237 liter/menit. Dari data yang terlihat pad 1,8 m dengan volume evaporator 100 cc terd jauh antara debit yang dihasilkan oleh pipa osi

osilasi 1/2 inci dengan volume evaporator 10 mempunyai debit 0,181 liter/menit. Dalam hal

ghasilkan debit yang lebih baik bila dibandingk inci. Hal ini bisa terjadi karena osilasi yang te inci lebih cepat dan tinggi sehingga tekanan dan volume air yang keluar menjadi lebih bany

(58)

(59)

Gambar 4.5. Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Efisiens Pompa menggunakan Evaporator Pelat berpenampang 8 x 8 cm2 Dari Gambar 4.5 efisiensi maksimum pompa sebesar 0,028 % yang terdapat pada variasi head 1,8 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 20 cc. Sedangkan untuk variasi ketinggian head 1,8 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 100 cc memiliki efisiensi 0,022 %. Ini menunjukkan bahwa peningkatan volume evaporator berpengaruh terhadap turunnya efisiensi. Untuk variasi ketinggian head 1,5 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 20 cc memiliki efisiensi 0,023 % dan variasi ketinggian head 2,5 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan volume evaporator 20 cc memiliki efisiensi 0,027 %. Dalam grafik tersebut terlihat bahwa efisiensi pada head ketinggian 1,8 m pada pipa osilasi 1/2 inci dengan volume evaporator 100 cc mempunyai efisiensi lebih kecil bila dibandingkan efisiensi pada head ketinggian 1,8 m maupun head ketinggian 1,5 m dan 2,5 m pada pipa osilasi 3/8 inci dengan

0.023

(60)

volume evaporator 20 cc. Pada head 1,8 m pada pipa osilasi 1/2 inci dengan volume evaporator 100 cc hanya mampu menghasilkan efisiensi maksimum 0,015 %. Ini menunjukkan bahwa pipa osilasi 3/8 inci memiliki efisiensi yng lebih baik bila dibandingkan dengan selang osilasi 1/2 inci.

Selain melakukan pembahasan terhadap hasil dari pompa air menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc, juga dilakukan perbandingan dengan pompa air menggunakan evaporator pelat dengan ukuran yang berbeda dan pompa air dengan evaporator pipa. Evaporator pelat yang digunakan sebagai pembanding adalah evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc (Gambar 4.1) dan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc (Gambar 4.2). Sedangkan evaporator pipa yang digunakan adalah evaporator pipa tunggal dengan volume 44 cc dan evaporator menggunakan 2 pipa pararel dengan volume 135 cc.

(61)

Gambar 4.7. Evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc Pada Gambar 4.8. sampai Gambar 4.11. dapat dilihat perbandingan debit pompa maksimum antar evaporator untuk setiap variasi yang sama, yaitu head yang sama dan ukuran pipa osilasi yang sama. Kecuali pada evaporator pipa tunggal dengan volume 44 cc, variasi yang sama hanya pada head 1,5 m, namun dengan pipa osilasi yang berbeda.

Gambar 4.8. Perbandingan Debit antar Evaporator pada Head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci

0.342

evaporator 2 pipa pararel bervolume 135 cc

(62)

(63)

Dari Gambar 4.9. debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,347 liter/menit, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 3/8 inci. Debit yang dihasilkan pompa dengan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc adalah 0,423 liter/menit. Hal ini kemungkinan terjadi karena osilasi yang terjadi pada pompa yang menggunakan 2 pipa pararel lebih stabil sehingga volume air yang keluar lebih stabil dan lebih banyak. Dari Gambar 4.9. terlihat bahwa pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc memiliki debit paling kecil yaitu 0,129

(64)

liter/menit. Hal ini kemungkinan terjadi karena proses penguapan yang terjadi lebih lama sehingga berpengaruh terhadap kestabilan osilasi.

Dari Gambar 4.10. debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,237 liter/menit, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci. Debit yang dihasilkan pompa dengan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc adalah 0,37 liter/menit. Dari Gambar 4.10. terlihat bahwa pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan voume

0.237

(65)

70 cc dan pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc memiliki debit yang hampir sama dan yang terkecil diantara semua evaporator. Hal ini kemungkinan terjadi karena proses penguapan yang terjadi lebih lama sehingga berpengaruh terhadap kestabilan osilasi.

Dari Gambar 4.11. debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,181 liter/menit, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 1/2 inci. Debit yang

0.181

(66)

(67)

Pada Gambar 4.12. sampai Gambar 4.15. dapat dilihat perbandingan daya pompa maksimum antar evaporator untuk setiap variasi yang sama, yaitu head yang sama dan ukuran pipa osilasi yang sama. Kecuali pada evaporator pipa tunggal dengan volume 44 cc, variasi yang sama hanya pada head 1,5 m, namun dengan pipa osilasi yang berbeda.

Gambar 4.12. Perbandingan Daya antar Evaporator pada Head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.12. daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,084 watt, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc namun lebih besar bila dibandingkan dengan pompa yang menggunakan pipa tunggal maupun evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2. Pompa yang

0.084

(68)

menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc pada head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc adalah 0,132 watt. Hal ini dipengaruhi oleh debit pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc merupakan debit yang terbaik. Perbedaan daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc dengan evaporator yang lain cukup besar.

Dari Gambar 4.13. daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,102 watt, masih

0.102

(69)

(70)

Dari Gambar 4.14. daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc sebesar 0,097 watt, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc. Pompa menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc adalah 0,151 watt. Hal ini dipengaruhi oleh debit pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc merupakan debit yang terbaik. Perbedaan daya yang dihasilkan oleh pompa yang

(71)

pompa yang menggunakan evaporator lain cukup besar, apalagi dengan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 yang hanya menghasilkan daya 0,026 watt, jadi perbedaannya sangat besar.

Dari Gambar 4.15. pompa menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc adalah 0,104 watt. Hal ini dipengaruhi oleh debit pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan volume 135 cc merupakan debit yang terbaik. Namun daya tersebut hampir sama dengan daya yang dihasilkan oleh pompa yang

(72)

menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc yaitu sebesar 0,104 watt dan memiliki daya pompa yang lebih besar bila dibandingkan dengan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc dan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc.

Pada Gambar 4.16. sampai Gambar 4.19. dapat dilihat perbandingan efisiensi pompa maksimum antar evaporator untuk setiap variasi yang sama, yaitu head yang sama dan ukuran pipa osilasi yang sama. Kecuali pada evaporator pipa tunggal dengan volume 44 cc, variasi yang sama hanya pada head 1,5 m, namun dengan pipa osilasi yang berbeda.

Gambar 4.16. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci

0.023

(73)

Dari Gambar 4.16. efisiensi pada pompa yang menggunakan evaporator pipa tunggal dengan volume 44 cc merupakan efisiensi terbaik dibandingakan pompa yang menggunakan evaporator lain pada head 1,5 namun pipa osilasi 1/2 inci, sedangkan evaporator lain menggunakan pipa osilasi 3/8 inci. Pompa yang menggunakan evaporator pipa tunggal memiliki efisiensi 0,094 %. Terdapat perbedaan yang sangat jauh antara efisiensi evaporator pipa tunggal dengan evaporator lain. Hal ini terjadi karena daya pemanas yang digunakan pada pompa dengan evaporator pipa tunggal lebih kecil dibandingkan dengan yang lain.

Dari Gambar 4.17. efisiensi pada pompa yang menggunakan

(74)

merupakan efisiensi terbaik dibandingakan pompa yang menggunakan yang paling kecil diantara yang lain.

0.027

(75)

(76)

Dari Gambar 4.19. evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc memiliki efisiensi terbaik dengan 0,029 %. Evaporator menggunakan 2 pipa pararel dengan volume 135 cc memiliki efisiensi 0,022 % merupakan evaporator terbaik kedua. Selanjutnya evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc dengan efisiensi 0,015 % dan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc memiliki efisiensi terkecil dengan 0,03 %. Hal ini terjadi karena debit dan daya yang dihasilkan pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc juga yang paling kecil diantara yang lain.

0.015

(77)

Penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc pada awalnya berlangsung baik karena osilasi berlangsung stabil sehingga volume air keluaran stabil dan banyak. Namun setelah mangalami pemanasan beberapa kali, pelat mengalami penggelembungan dan volume air dalam evaporator meningkat. Dengan peningkatan volume evaporator menyebabkan volume air dalam evaporator juga meningkat sehingga penguapan yang terjadi dalam evaporator berlangsung lebih lama dari semula. Hal ini mengakibatkan osilasi tidak stabil dan volume air yang keluar juga tidak stabil dan volume air yang keluar juga mengalami pengurangan.

Sebelum melakukan percobaan menggunakan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 ,percobaan dilakukan dengan berbagai jenis evaporator. Percobaan yang pernah dilakukan adalah menggunakan evaporator berbentuk spiral dengan bahan pipa stainless steel, namun gagal. Kegagalan ini disebabkan oleh pemanasan yang kurang sempurna karena tidak semua permukaan spiral yang terbakar sehingga penguapan hanya terjadi pada titik-titik tertentu yang terkena api. Setelah itu dicoba pula menggunakan evaporator pelat tembaga dengan penampang 5 x 5 cm 2 dan 6 x 6 cm2. Tidak terjadi osilasi selama percobaan karena luasan penampang yang terlalu kecil sehingga penguapan yang dibutuhkan untuk osilasi tidak cukup untuk menaikkan tekanan yang digunakan untuk menyedot air.

(78)

(79)

63

5.1 Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat pompa air energi termal menggunakan evaporator jenis pulse jet pump dengan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc.

2. Debit (Q) maksimum 0.347 liter/menit, daya pompa (Wp) maksimum adalah 0,102 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,028 % pada variasi ketinggian head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci.

3. Pompa dengan evaporator pelat berpenampang 8 x 8 cm2 dengan volume 20 cc memiliki debit, daya, dan efisiensi yang lebih baik bila dibandingkan dengan pompa menggunakan evaporator pipa tungal dengan volume 44 cc dan pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc maupun 70 cc.

(80)

5.2 Saran

1. Evaporator sebaiknya dibuat dengan pelat yang lebih tebal dari pelat 0,5 mm agar pelat tidak mudah menggelembung karena akan mengganggu kestabilan volume air yang keluar.

(81)

DAFTAR PUSTAKA

Mahkamov, K.; Djumanov, D., Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion Engineering Conference, 17-21 August 2003, Portsmouth, Virginia

Putra, Sukmarta. 2010. Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 2 Pipa Pararel, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.

Setiyo Nugroho,, Triyono. 2009. Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.

Smith, Thomas. C. B, (2005), Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines . Pages 1-3

Suhanto, Mohammad. 2009. Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.

Sukoto, Leo. 2010. Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 4 Pipa Pararel, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.

(82)

Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2000). Performance of a solar water pump with n-pentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927.

Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5, April 2001, Pages 613-627.

V. Giles, Ranald. 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika, Jakarta: Erlangga.

(83)

LAMPIRAN

Sistem Pompa Air Energi Termal

Evaporator sebelum pemanasan

(84)

Spirtus

Kompor

(85)

Gelas ukur dan corong

Termokopel