INTISARI
Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup untuk makhluk hidup. Pompa termal adalah cara alternatif untuk memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas paralel dengan pemisah uap, meneliti debit pompa, daya pompa, dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah temperatur pada pemanas air 600C, 550C, 500C, bukaan katup penampung dietil eter 1 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 20 detik,bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 10 detik, Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa, air keran dengan udara alami, air dari hasil pompa, air keran dengan udara kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm. Parameter yang diukur temperatur air di bagian dasar, temperatur air dibagian tengah, temperatur di bagian pipa saluran fluida kerja yang masuk ke pemanas, temperatur di bagian pipa keluarnya uap fluida kerja dari pemanas, waktu pemanasan, waktu pemompaan, tekanan pada tabung tekan air, tekanan pada tabung tekan udara, dan volume dari hasil pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian hasil didapat pada debit pemompaan maksimum 7,43 liter / mnt, daya pemompaan maksimum 3,89 watt didapat pada variasi temperatur 600C ketinggian tabung penekan udara 140 cm, bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik, dan efisiensi pompa maksimum 21,776 % didapat pada variasi pendinginan udara alami di 2 tabung tekan, bukaan 0,5 putaran selama 10 detik, 600C temperatur di evaporator.
ABSTRACT
Water is a basic requirement to ensure the survival of life. Thermal pump is an alternative way to get water. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with nine parallel heating pipes with steam separators, to measure pump discharge, to count pump power, and to find maximum pump efficiency. The working fluid of the thermal pump is diethyl ether. The varying parameters are the temperature on the water heater 600C, 550C, 500C, 15 seconds diethyl ether full valve opening, 20 seconds diethyl ether half valve opening, 15 seconds diethyl ether half valve opening, 10 seconds diethyl ether half valve opening, condenser cooling using water from the pump, condenser cooling using tap water and natural air, condenser cooling using tap water and fan, condenser cooling using fan only, natural air cooling, 2 tubes of air pressure with 170 cm water level, 1 tube of air pressure with 170 cm water level, 2 tubes of air pressure with 140 cm water level. Measurable parameters are the water temperature at the base, the temperature of water in the middle, the temperature inlet heater pipe of the working fluid, the temperature outlet heater pipe of the working fluid, heating time, pumping time, pressure on the tap water tube, the pressure on the air pressed tube, and the volume of the pumping results. The data obtained from the research results are maximum discharge of pumping of 7,43 l/min, the maximum pumping power of 3.89 watts which is obtained at 600C heater, air pressure tube with 140 cm water level, 3/4 valve opening for 15 seconds. The maximum efficiency of the pump is 21.776% which was obtained on air cooling, 2 tube air pressure, 1/2 valve opening for 10 seconds and 600C evaporator temperature.
i
UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL
FLUIDA KERJA DIETIL ETER MENGGUNAKAN PEMANAS
AIR
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1
Teknik Mesin
Oleh :
BAGAS WARAS HARTANTO
NIM : 115214069
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF DIETHYL ETHER WORKING FLUID
THERMAL ENERGY WATER PUMP USING WATER
HEATER
THESIS
Presented as partitial fulfilment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
Presented by
BAGAS WARAS HARTANTO
Student Number : 115214069
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup untuk makhluk hidup. Pompa termal adalah cara alternatif untuk memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas paralel dengan pemisah uap, meneliti debit pompa, daya pompa, dan efisiensi pompa maksimum yang dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah temperatur pada pemanas air 600C, 550C, 500C, bukaan katup penampung dietil eter 1 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 20 detik,bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 15 detik, bukaan katup penampung dietil eter 0,5 putaran selama 10 detik, Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa, air keran dengan udara alami, air dari hasil pompa, air keran dengan udara kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm, variasi 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm. Parameter yang diukur temperatur air di bagian dasar, temperatur air dibagian tengah, temperatur di bagian pipa saluran fluida kerja yang masuk ke pemanas, temperatur di bagian pipa keluarnya uap fluida kerja dari pemanas, waktu pemanasan, waktu pemompaan, tekanan pada tabung tekan air, tekanan pada tabung tekan udara, dan volume dari hasil pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian hasil didapat pada debit pemompaan maksimum 7,43 liter / mnt, daya pemompaan maksimum 3,89 watt didapat pada variasi temperatur 600C ketinggian tabung penekan udara 140 cm, bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik, dan efisiensi pompa maksimum 21,776 % didapat pada variasi pendinginan udara alami di 2 tabung tekan, bukaan 0,5 putaran selama 10 detik, 600C temperatur di evaporator.
viii
ABSTRACT
Water is a basic requirement to ensure the survival of life. Thermal pump is an alternative way to get water. The research objective are to create a model of thermal energy water pump with nine parallel heating pipes with steam separators, to measure pump discharge, to count pump power, and to find maximum pump efficiency. The working fluid of the thermal pump is diethyl ether. The varying parameters are the temperature on the water heater 600C, 550C, 500C, 15 seconds diethyl ether full valve opening, 20 seconds diethyl ether half valve opening, 15 seconds diethyl ether half valve opening, 10 seconds diethyl ether half valve opening, condenser cooling using water from the pump, condenser cooling using tap water and natural air, condenser cooling using tap water and fan, condenser cooling using fan only, natural air cooling, 2 tubes of air pressure with 170 cm water level, 1 tube of air pressure with 170 cm water level, 2 tubes of air pressure with 140 cm water level. Measurable parameters are the water temperature at the base, the temperature of water in the middle, the temperature inlet heater pipe of the working fluid, the temperature outlet heater pipe of the working fluid, heating time, pumping time, pressure on the tap water tube, the pressure on the air pressed tube, and the volume of the pumping results. The data obtained from the research results are maximum discharge of pumping of 7,43 l/min, the maximum pumping power of 3.89 watts which is obtained at 60oC heater, air pressure tube with 140 cm water level, 3/4 valve opening for 15 seconds. The maximum efficiency of the pump is 21.776% which was obtained on air cooling, 2 tube air pressure, 1/2 valve opening for 10 seconds and 60oC evaporator temperature.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa
karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap
mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Skripsi ini dilaksanakan untuk memenuhi
syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, skripsi ini dapat
terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati
penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. Selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. A. Prasetyadi, M.Si. selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan skripsi.
5. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan dan pengarahan dalam proses penelitian.
6. Tri Hermanto dan Kusmeinanik selaku Bapak dan Ibu saya yang telah
memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.
7. Alva Aditya Hermawan selaku saudara kandung saya yang memberikan
dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya skripsi ini.
8. Antonius Putra Wahyudi, Candra Dwi Wichaksana, Deni Sulistiyawan,
selaku rekan kelompok saya, yang telah membantu dalam perancangan, dan
pembuatan skripsi.
9. Saudara-saudara yang senantiasa membantu penulis dalam menyelesaikan
x
10. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Yogyakarta.
Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Segala kritik dan saran dari berbagai pihak demi penyempurnaan dikemudian
hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga skripsi ini memberikan
manfaat untuk kita semua.
Yogyakarta, 23 Juni 2015
Penulis
xii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 30
4.1 Hasil Penelitian... 30
4.2 Pembahasan…... 43
BAB V PENUTUP... 55
5.1 Kesimpulan... 55
5.2 Saran... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 57
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Skema alat penelitian... 13
Gambar 3.2 Skema pemisah uap... 15
Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja mengalir... 19
Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran... 19
Gambar 3.5 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran... 20
Gambar 3.6 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran... 20
Gambar 3.7 Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja Dietil Eter belum dibuka... 21
Gambar 3.8 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja Dietil Eter... 22
Gambar 3.9 Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara... 23
Gambar 3.10 Variasi menggunakan 2 tabung tekan udara... 23
Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas... 24
Gambar 3.12 Pendinginan kondensor menggunakan udara alami... 24
Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan... 25
Gambar 3.14 Ketinggian air 140 cm pada tabung penekan... 25
Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan... 26
Gambar 3.16 Ketinggian pipa buang (head pump) 320 cm... 26
Gambar 3.17 Posisi termologger dan manometer... 28
Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 43
Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 44
Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi temperatur 600C, 550C,
xiv
putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20
meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 44
Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan
perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan
evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan
menggunakan 2 tabung udara... 46
Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi lama bukaan katup
dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur
pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan
menggunakan 2 tabung udara... 46
Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup
dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur
pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan
menggunakan 2 tabung udara... 47
Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasipendinginan fluida kerja
dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan,
udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter
dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan
0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter... 49
Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi pendinginan
fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari
pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20
meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup
fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator,
dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter... 49
Gambar 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi pendinginan fluida
kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air hasil dari
pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20
meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup
xv Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
fluida kerja dietil eter...
Grafik perbandingan debit pada variasi penggunaan dan
ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20
meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10
detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...
Grafik perbandingan daya pemanas pada variasi penggunaan dan
ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20
meter dengan temperatur 600C pada evaporator, lama bukaan 10
detik dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran...
Grafik perbandingan efisiensi pada variasi penggunaan dan
ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20
meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup
fluida kerja dietil eter 0,5 putaran... 50
52
52
53
Gambar L.1 Alat penelitian pompa air energi termal... 58
Gambar L.2 Pemanas fluida kerja... 58
Gambar L.3 Tabung pemisah uap... 58
Gambar L.4 Kondensor... 59
Gambar L.5 Tabung penampung dietil eter... 59
Gambar L.6 Tabung tekan air... 59
Gambar L.7 Tabung tekan udara... 59
Gambar L.8 Pompa benam... 60
Gambar L.9 Thermologger... 60
Gambar L.10 Manometer... 60
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi temperatur pada
evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan
500C... 33
Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup
fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran
katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik
dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran
katup... 33
Tabel 4.3 Data penelitian dengan variasi pendinginan pada
kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran
dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air
keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara
kipas, dan pendinginan dengan udara alami... 34
Tabel 4.4 Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan
seperti menggunakan 2 tabung penekan dengan
ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan
dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan
dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung
penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m... 35
Tabel 4.5 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi
temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan
katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan
katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan
menggunakan 2 tabung udara... 41
Tabel 4.6 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi
lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup
fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600c,
xvii
tabung udara... 41
Tabel 4.7 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi
fluida kerja penuh di kondensor pemanas terisi udara,
head pemompaan 2,35 meter dengan menggunakan 1
tabung udara... 42
Tabel 4.8 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi
fluida kerja penuh di kondensor, pemanas terisi udara,
head pemompaan 1,35 meter dengan menggunakan 1
tabung udara... 42
Tabel 4.9 Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan
500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75
putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan
3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara... 43
Tabel 4.10 Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan
perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur
pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20
meter dengan menggunakan 2 tabung udara...
45
Tabel 4.11 Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja
dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari
pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head
pemompaan3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung
udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15
detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75
putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter...
48
Tabel 4.12 Perbandingan pada variasi penggunaan dan ketinggian
air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan hidup
untuk makhluk hidup, terutama manusia. Manusia sangat bergantung dengan
adanya air. Namun, pada umumnya keberadaan sumber air terletak lebih rendah
dibandingkan dengan tempat penampung yang dikehendaki. Diperlukan suatu alat
untuk mengalirkan dari sumber air menuju tempat penampung yang dikehendaki.
Solusinya adalah dengan pompa air yang merupakan suatu alat untuk
menyalurkan air dari sumber menuju tempat yang diinginkan.
Pompa air yang digunakan dalam kegiatan masyarakat sehari – hari pada
umumnya menggunakan pompa air tradisional yang cara penggunaanya kurang
efektif dan sangat tidak efisien, karena masyarakat harus meluangkan waktu dan
tenaga untuk memompa air dari sumbernya. Sedangkan waktu dan tenaga yang
digunakan untuk memompa air dari sumber ke tempat yang diinginkan bisa
digunakan untuk kegiatan yang lain. Di jaman modern ini sudah menggunakan
pompa bertenaga listrik dan pompa berbahan bakar minyak. Namun, penggunaan
pompa listrik atau berbahan bakar minyak tidak selalu tersedia di daerah
terpencil. Masih banyak di wilayah Indonesia yang kesulitan dalam memperoleh
listrik maupun bahan bakar minyak, karena sulitnya medan untuk dijangkau
sangat menghambat masyarakat di daerah terpencil untuk memperoleh kebutuhan
air. Pemanfaatan sumber energi fosil yang terus menerus akan menjadi masalah
krisis energi yang mengakibatkan kesulitan manusia akan kebutuhan energi di
masa mendatang.
Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan
memanfaatkan energi termal. Energi termal adalah energi yang berasal dari panas,
energi tersebut bisa didapat dari berbagai cara antara lain seperti panas yang
berasal dari kompor (listrik atau bahan bakar minyak), energi surya, energi panas
bumi, dan lain–lain. Energi surya adalah salah satu energi alternatif untuk
diaplikasikan sebagai sumber energi pada pompa air. Untuk memperoleh energi
surya sangat mudah karena energi bebas yang terdapat di daerah terpencil maupun
di kota terutama letak strategis dari Negara Indonesia yang berada di iklim teropis.
Pada penelitian ini pemanfaatan energi surya dengan menggunakan sel surya.
Namun, masih mahalnya alat sel surya dan merupakan teknologi yang tinggi
untuk masyarakat, terutama seperti Indonesia penerapan sel surya pun sangat
terbatas. Sehingga penelitian ini menggunakan pemanas air sebagai media untuk
menguapkan fluida kerja. Sebagai pemanas untuk memanaskan pemanas air ini
menggunakan pemanas listrik, yang bertujuan agar suhu pada sumber pemanas
dapat diatur.
1.2Perumusan Masalah
Penelitian ini menggunakan media pemanas berupa kompor listrik untuk
untuk pemompaan. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Saat proses
penguapan, tekanan pada fluida menjadi meningkat, meningkatnya tekanan
digunakan untuk mengalirkan air dari pompa ke tempat air tersebut diperlukan.
Ketika proses pengembunan tekanan fluida kerja akan turun, penurunan tekanan
fluida digunakan untuk mengalirkan air dari sumber air ke dalam pompa air.
Proses penguapan fluida kerja memerlukan pemanasan yang berasal dari energi
surya sedangkan proses pengembunan memerlukan pendinginan yang dilakukan
oleh fluida pendingin seperti air maupun udara. Unjuk kerja dari pompa
ditentukan dari kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja yang
ditentukan dari sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta beban
pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini sebagai berikut:
Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat mudah menguap serta
mudah untuk diembunkan kembali. Fluida kerja yang digunakan adalah
dietil eter yang mempunyai titik didih 34-360C dan berat jenis 0.713
gr/ml.
Jumlah massa fluida kerja mempengaruhi dalam sistem pemompaan.
Penelitian ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida
kerja yang digunakan dietil eter terhadap unjuk kerja pompa air dengan
sistem termodinamik.
Beban head pemompaan mempengaruhi kecepatan penguapan fluida kerja
ini akan meneliti pengaruh beban pemompaan pada unjuk kerja pompa air
sistem termodinamik.
Penelitian ini akan meneliti pengaruh dari volume udara tekan dengan
jumlah yang berbeda yang terkompresi di tabung udara tekan terhadap
unjuk kerja pompa air sistem termodinamik.
1.3Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang diinginkan dalam penelitian ini:
1. Membuat model pompa air energi termal dengan sembilan pipa pemanas
paralel dengan pemisah uap.
2. Meneliti debit pemompaan maksimum.
3. Meneliti daya pemompaan maksimum.
4. Meneliti efisiensi pompa maksimum.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi termal.
2. Hasil penelitian diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe
dan produk teknologi pompa air energi termal yang dapat diterima
masyarakat dan meningkatkan kesejahteraan.
3. Hasil penelitian dapat dibandingkan dengan penelitian yang lain.
4. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan energi listrik
1.4Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah :
1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan tiga
pemanas yang tersusun paralel dan menggunakan tabung pemisah uap.
2. Kalor laten dietil eter adalah 360,23 kJ/kg. Kalor laten digunakan dalam
perhitungan daya pemanas.
3. Variasi yang dibandingkan adalah jumlah tabung udara tekan dengan 2
tabung dan 1 tabung, bukaan katup eter, pendinginan dietil eter pada
kondensor, dan lama waktu bukaan pada katup dietil eter.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Energi surya dapat digunakan sebagai sumber energi panas untuk
pemanasan pompa air energi termal. Pompa energi termal umumnya terdiri dari
beberapa komponen, seperti penggerak pompa air, saluran hisap, evaporator, dan
saluran tekan. Pada umumnya pompa air energi termal terdiri dari tiga jenis, yaitu
fluidyn pump, nifte pump, dan (water pulse jet) atau pulsa jet. Pengelompokan
metode untuk pemanfaatan energi surya agar menghasilkan energi mekanik, yaitu:
metode termodinamik dan metode konversi. Pada metode termodinamik, kolektor
termal baik jenis plat datar maupun fokus sebagai alat utama sebagai alat
pengumpulan energi termal. Energi termal ini yang digunakan untuk menaikan
temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan tekanan, serta temperatur
tinggi ini yang dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik. Energi
mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggunakan pompa air
konvensional (dengan siklus Brayton atau Stirling, dan siklus Rankine) maupun
pompa air dengan desain khusus. Pada pompa air dengan desain khusus dapat
dikelompokan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu
berpendingin udara atau media pendingin air. Metode konversi langsung energi
surya dikonversikan menjadi energi listrik dan energi listrik yang dihasilkan
digunakan untuk menggerakan pompa. Pengkonversian energi surya ke listrik
Komponen utama sistem pompa air energi termal pada umumnya adalah
penggerak pompa air, kondensor, evaporator, saluran tekan serta saluran hisap.
Pompa air yang digunakan adalah jenis pompa benam. Prinsip pompa benam
selalu terletak di bawah pemukaan air. Kondensor digunakan untuk
mengefektifkan proses pendinginan, yang dilakukan dengan menggunakan fluida
air, kipas, dan udara. Dalam Penelitian ini kondensor yang digunakan terbuat dari
bahan tembaga yang berbentuk spiral. Pompa air ini terdapat bak penampung
fluida cair dan pemanas fluida kerja yang berguna sebagai penggerak pompa air.
Fluida kerja yang digunakan adalah fluida dietil eter, yang berformula CH3-CH2
-O-CH2-CH3 atau (C2H5)2O, yang mempunyai titik autoignition 160
0
C, Cp 2,33
kJ/(kg.K), kelarutan dalam air 6,9 g/100 ml pada 200C, kalor laten penguapan
fluida kerja 360,23 kJ/kg, dan titik didih 34-360C.
Prinsip kerja pompa air ini dengan cara memanfaatkan panas dari pemanas
fluida kerja katup penampung fluida kerja cair dibuka. Fluida kerja cair mengalir
ke dalam bagian pemanas yang terbuat dari tembaga berbentuk paralel dan
mengalami kenaikan suhu (titik didih 34-360C) yang kemudian menguap. Uap
akan mendorong dan memberi tekanan melewati kondensor yang terhubung ke
tabung udara tekan. Proses kompresi terjadi di tabung udara ketika uap fluida
kerja terbentuk. Kemudian, air yang berada di pompa benam akan terpompa
selama tekanan di dalam tabung tekan mengalami kenaikan. Air yang berada di
pompa benam akan mengalir ke dalam bak penampung atas. Proses mengalirnya
air dari pompa benam ke bak penampung disebut langkah tekan. Sebagian air di
Karena kondensor teraliri air maka kondensor mengalami pendinginan sehingga
mengembun. Ketika pengembunan menyebabkan tekanan pada sistem akan turun.
Turunnya tekanan menyebabkan air di dalam sumber air terhisap ke dalam pompa
benam dapat disebut proses hisap. Satu siklus pemompaan terdiri dari satu
langkah tekan dan satu langkah hisap. Siklus pemompaan akan berlangsung terus
selama masih ada persediaan energi panas yang cukup untuk menekan air pada
pompa benam.
2.2 Persamaan yang Digunakan
Diperlukan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja
sistem, di antaranya dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa.
Daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
(Soemitro, 1986):
Ppompa
gQH(1)
dengan adalah daya pemompaan, ρ adalah massa jenis air, g adalah
percepatan gravitasi
,
Q adalah debit pemompaan,
H adalah head pemompaanDaya pemanas merupakan energi yang diperlukan untuk menguapkan
fluida kerja tiap satuan waktu (Cengel, 2008). Daya pemanas dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
T hA
Ppemanas (2)
dengan Ppemanas adalah daya pemanas, h adalah koefisien perpindahan panas, A
Untuk mencari persamaan h, dibutuhkan persamaan bilangan Nusselt
( ).
Untuk mencari Nu harus diketahui nilai Ra terlebih dahulu. Berikut ini
adalah persamaaan untuk menghitung bilangan Rayleigh (Ra)
(3)
dengan adalah bilangan Prandtl, adalah koefisien volume ekspansi
temperatur rata-rata kontak pipa, Ts adalah temperatur pipa dan adalah
temperatur evaporator, v adalah kekentalan kinematik fluida, panjang
karakteristik pipa.
Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi luar pipa dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
{
( )
}
(4)
dengan adalah bilangan Rayleigh, Pr adalah bilangan Prandtl.
Persamaan bilangan Nusselt pada konveksi dalam pipa dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
(5)
Setelah semua bilangan diketahui, selanjutnya mencari nilai h dengan
(6)
dengan adalah konduktifitas termal, adalah panjang karakteristik pipa dan
adalah bilangan Nusselt.
Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan
daya pemanas (Arismunandar, 1995), dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut:
(7)
Kompresi udara tekan merupakan besarnya tekanan yang terjadi akibat
perubahan volume udara pada massa udara tetap dalam tabung udara tekan
(Cengel, 2008). Untuk menghitung kompresi udara tekan menggunakan
persamaan sebagai berikut:
(8)
Dengan: p1 adalah tekanan udara awal, p2 adalah kompresi udara tekan, V1 adalah
volume udara awal, dan V2 adalah volume udara akhir.
Efisisensi termal adalah perbandingan antara daya pemanas output dengan
daya pemanas input, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan sebagai
2.3 Penelitian Sebelumnya
Analisa termodinamika untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi
surya termal pada beberapa ketinggian head menunjukkan bahwa jumlah siklus
tiap satu hari tergantung waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan
waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung
pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pendinginan tergantung pada luasan
optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Pompa air energi surya termal
menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja
dipengaruhi debit dan temperatur air pendingin masuk ke kondensor (Sumathy et.
al., 1995). Prototipe pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus
Rankin diuji dengan menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 untuk mengetahui
unjuk kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi
surya termal dengan menggunakan kolektor pelat datar seluas 1 m2, pada variasi
head 6, 8, dan 10 m menunjukkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja
berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian pompa air
energi surya termal dengan menggunakan metode matematis menunjukkan unjuk
kerja pompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus yang terjadi. Naiknya
temperatur maksimum pemanasan meningkatkan daya pemompaan, sementara
penurunan efisiensi disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan
pengembunan air (Mahkamov, 2005). Penelitian secara teoritis pompa air energi
surya termal dengan menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan dietil eter
menunjukkan bahwa efisiensi pompa dengan fluida kerja lebih tinggi 17%
surya dengan menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 dengan
fluida kerja dietil eter menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari
tergantung ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42%
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Skema Alat Penelitian
Sistem penggerak pada pompa air energi termal ini memanfaatkan kalor
dari fluida air yang dipanaskan menggunakan kompor listrik sebagai sumber
pemanasnya. Fluida kerja yang dipakai sebagai sumber penggerak pompa adalah
dietil eter. Berikut ini gambar skema yang digunakan ditunjukan pada Gambar
3.1. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.1.
Gambar 3.1 Skema alat penelitian
1. Pipa tembaga dengan diameter ½ inci yang dirangkai secara paralel dipasang
dengan kemiringan 10° dan fluida kerja air dipanaskan. Foto alat penelitian
ditunjukan pada bagian lampiran gambar L.2.
2. Bak penampung air dengan kapasitas 90 liter.
3. Tabung pemisah uap terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 10 cm
dan tinggi 15,5 cm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran
gambar L.3.
4. Kondensor yang dibentuk spiral terbuat dari pipa stainless steel diameter ¾ inci
dengan panjang 8 m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran
gambar L.4.
5. Penampung fluida kerja cair dengan diameter 15 cm, tinggi 20 cm terbuat dari
stainless steel. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran gambar
L.5.
6. Tabung air tekan, dengan diameter 40 cm, tinggi 100 cm dan terbuat dari plat
baja dengan tebal 1 mm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran
gambar L.6.
7. Tabung tekan udara terbuat dari pipa PVC berdiameter 4 inci, tinggi 2 m. Foto
alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.7.
8. Katup searah pada sisi tekan.
9. Pompa benam, terbuat dari PVC berdiameter 4 inci, panjang 2 m. Foto alat
penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.8.
10.Katup searah pada sisi hisap.
12.Kipas pada variasi pendinginan kondensor.
13.Alat pengukur tekanan.
14.Katup on / off fluida.
15.Bak penampung air hisap.
16.Untuk mengetahui ketinggian air pada tabung tekan.
Diperlukan seperti tabung pemisah agar mengurangi cairan fluida kerja
cair yang terbawa uap dengan skema sesuai gambar 3.2.
Gambar 3.2 Skema pemisah uap
Sistem kerja alat penelitian ini dimulai dari dipanaskannya pipa tembaga
yang dirangkai secara paralel. Pemanasan fluida air yang dipanasi menggunakan
pemanasan, fluida kerja dietil eter yang berada di dalam pipa tembaga akan
menguap. Uap fluida kerja tersebut akan masuk ke tabung pemisah fluida kerja.
Di tabung pemisah uap ini, fluida kerja akan dipisah dari yang masih berbentuk
cair dengan yang sudah berbentuk uap. Fluida kerja yang masih berbentuk cair
terdorong sampai tabung pemisah akan dipisah dan fluida kerja yang masih cair
akan kembali ke pemanas. Fluida kerja yang berbentuk uap akan terus menuju ke
kondensor dan selanjutnya uap masuk tabung tekan air yang akan memberi
tekanan di tabung tekan air, air yang berada di tabung tekan air akan memberi
tekanan menuju tabung tekan udara. Di dalam tabung tekan udara, air mengalami
kenaikan dan menyebabkan kompresi. Pada saat udara terkompresi pompa benam
bekerja, katup searah sisi tekan akan terbuka karena mendapat tekanan dan air
terpompa sampai tangki air out put. Saat proses pendinginan menggunakan
beberapa variasi, seperti: pendinginan menggunakan air keran, air hasil
pemompaan, kipas dan udara alami. Suhu pemanasan dijaga agar tidak lebih dari
+60°C. Pada proses pendinginan ini menyebabkan uap fluida kerja mengembun,
ini mengakibatkan tekanan menurun dan air yang berada ditabung tekan udara
menjadi turun. Pada saat penurunan air di tabung tekan udara, katup searah sisi
hisap di pompa benam bekerja dan terjadi proses penghisapan air dari sumur.
3.2Variabel yang Divariasikan
Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Variasi temperatur pemanas air dengan 2 tabung tekan udara pada
temperatur pemanas air 600C, 550C, 500C, lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
2. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi bukaan katup tabung
penampung dietil eter sebagai berikut :
a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 1 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
b. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
d. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
3. Variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air dari hasil pompa,
kipas, pendinginan udara kipas, dan pendinginan udara alami. Dengan 2
tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa
buang 3,20 m, suhu temperatur pemanas air 600C, lama bukaan katup
fluida kerja dietil eter selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan
saluran tabung tekan atas.
4. Temperatur suhu pemanas air 600C dengan variasi tabung penekan sebagai
berikut :
a. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran tabung
tekan atas.
b. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 170 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
c. Menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 20 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
tabung tekan atas.
d. Menggunakan 1 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm
dengan ketinggian pipa buang 3,20 m lama bukaan katup fluida kerja
dietil eter selama 10 detik, bukaan katup 0,5 putaran dengan saluran
Variasi bukaan katup fluida kerja dietil eter dijelaskan pada Gambar 3.3,
Gambar 3.4, Gambar 3.5, dan Gambar 3.6.
Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir
Gambar 3.4 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,5 putaran
Katup fluida kerja
tidak terbuka
Tabung penampung fluida kerja
Tabung penampung fluida kerja
Katup dengan
Gambar 3.5 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 0,75 putaran.
Gambar 3.6 Skema keadaan debit fluida kerja dengan bukaan 1 putaran.
Pada variasi pemanas dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung
penampung dibuka saat fluida kerja di pemanas sudah habis. Pada variasi
pemanas hanya terisi udara dan kondensor terisi fluida kerja, katup tabung
Tabung penampung fluida kerja
Tabung penampung
fluida kerja
Katup Dengan Bukaan 1 Putaran
Katup dengan
penampung dibuka saat pipa tembaga di pemanas sudah mencapai suhu 60°C.
Ilustrasi variasi terlihat pada gambar dibawah (Gambar 3.7 dan Gambar 3.8).
Gambar 3.7 Keadaan evaporator dan kondensor saat katup fluida kerja
Gambar 3.8 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja dietil eter.
Variasi 2 tabung tekan udara dengan cara membuka semua katup pada
tabung tekan udara. Untuk variasi 1 tabung tekan udara caranya dengan menutup
2 sisi katup pada salah satu tabung tekan udara, seperti pada gambar di (3.9 dan
Gambar 3.9 Variasi menggunakan 1 tabung tekan udara.
Untuk variasi pendinginan menggunakan udara alami, kipas, dan air hasil
pemompaan dijelaskan pada gambar sebagai berikut :
Gambar 3.11 Pendinginan kondensor menggunakan udara kipas.
Gambar 3.13 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pemompaan.
Untuk pengaturan tinggi air pada tabung penekan ditunjukan pada gambar 3.14
dan 3.15.
Gambar 3.15 Ketinggian air 170 cm pada tabung penekan.
Untuk ketinggian pipa buang (head pump) ditunjukan pada gambar 3.16.
3.3 Variabel yang diukur
Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Tekanan pada bagian pemanas ( )
2. Tekanan pada bagian tabung air tekan ( )
3. Tekanan pada bagian tabung udara tekan ( )
4. Temperatur bagian bak air pemanas ( )
5. Temperatur bagian tengah air pemanas (
6. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung
pemisah ( )
7. Temperatur bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung
penampung ke pemanas ( )
8. Kenaikan air pada tabung udara tekan (h)
9. Volume pemompaan (v)
10.Waktu pendinginan ( )
11.Waktu pemompaan ( )
12.Waktu pemanasan ( )
13.Pada penelitian ini, temperatur dapat diukur dengan
menggunakan termologer, untuk mengetahui volume
menggunakan bak penampung air, sedangkan waktu
menggunakan stopwatch. Foto alat ukur thermologger dan
manometer ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.9
Gambar 3.17 Posisi thermologger dan manometer
3.4 Langkah Penelitian
Berikut ini adalah langkah - langkah yang dilakukan untuk pengambilan
data penelitian:
1. Persiapan alat-alat dan pembuatan alat.
2. Pengambilan data dimulai dengan pencatatan data, pencatatan data dilakukan
sebelum dan sesudah pengambilan data.
3. Pada variasi temperatur pemanas air, temperatur air diatur + 600C dengan
bukaan katup fluida kerja selama 15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan
saluran tabung tekan atas. Mula-mula dilakukan variasi pengisian fluida kerja
4. Data yang dicatat adalah tekanan pada bagian pemanas ( ), tekanan pada
bagian tabung air tekan ( ), tekanan pada bagian tabung udara tekan ( ),
kenaikan air pada tabung udara tekan (h), temperatur bagian dasar pada
pemanas ( ), temperatur bagian tengah pada pemanas ( temperatur
bagian pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah ( ), temperatur
bagian pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas ( ),
volume pemompaan (v), waktu pemompaan ( ), waktu pemanasan
( ) dan waktu pendinginan ( ). Pencatatan data dilakukan
saat akan melakukan pengambilan data.
5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air,
temperatur air diatur + 550C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama
15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.
6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi temperatur pemanas air,
temperatur air diatur + 500C, dengan lama bukaan katup fluida kerja selama
15 detik, bukaan katup 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.
7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1) sampai
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Berikut data hasil penelitian yang didapat dengan berbagai variasi seperti
variasi temperatur 500C, 550C, dan 600C pada pemanas air dengan 15 detik lama
bukaan katup, ¾ putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m dan
menggunakan 2 tabung penekan. Variasi 20 detik, 15 detik, 10 detik lama bukaan
katup dengan 600C temperatur pada pemanas air, ½ bukaan katup, head
pemompaan 3,2 m dan menggunakan 2 tabung penekan. Variasi pendinginan pada
kondensor seperti menggunakan air hasil pemompaan dengan udara alami, air
hasil pemompaan dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas dan
pendinginan udara kipas, dengan lama bukaan katup fluida kerja 15 detik, ¾
putaran bukaan katup, head pemompaan 3,2 m. Variasi 2 tabung penekan dengan
½ bukaan katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan
20 detik lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung
penekan dan 3,2 m head pemompaan. Variasi 1 tabung penekan dengan ½ bukaan
katup fluida kerja, 600C temperatur pemanas fluida kerja, 10 detik dan 20 detik
lama bukaan katup, 170 cm dan 140 cm ketinggian air pada tabung penekan dan
3,2 m head pemompaan.
Baris
Awal : Kondisi setelah proses pendinginan selesai dan posisi fluida kerja
dietil eter belum masuk ke pemanas. Dapat disebut awal dari proses
tekan maupun akhir dari proses hisap.
Akhir : Kondisi ketika pemompaan selesai. Dilihat dari ketinggian air yang
berada pada tabung udara tekan menurun. Proses ini dapat dikatakan
akhir dari siklus tekan.
Kolom
Termokopel A
: Temperatur air di bagian bak.
: Temperatur di bagian bak penampung air pemanas.
: Temperatur pada bagian pipa yang masuk ke dalam
kondensor.
: Temperatur pada bagian saluran pipa keluar di evaporator.
Termokopel B
: Temperatur output air pendingin.
: Temperatur pada bagian output kondensor.
: Temperatur pada bagian input air pendingin
: Tekanan udara di pipa pemanas yang terbaca manometer.
: Tekanan udara tabung tekan air yang terbaca
manometer.
: Tekanan tabung tekan udara yang terbaca manometer.
Level Dietil Eter : Ketinggian fluida kerja dietil eter pada tabung air
penekan.
Level air : Ketinggian air pada tabung penekan.
Level bak
penampung bawah
: Ketinggian air pada bak penampung air hisap.
Level Bak Atas : Ketinggian air pada tangki air output.
Lama pemompaan : Waktu untuk keluarnya air pada tangki air output
Lama Pendinginan
kondensor
`: Waktu untuk menurunkan suhu yang berada pada
kondensor.
Lama kembali dietil
eter
: Waktu untuk kembalinya cairan fluida kerja dietil eter
ke posisi awal
Lama Penghisapan : Waktu penghisapan pada bak air hisap yang mengalir
Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi temperatur pada evaporator dengan temperatur 600 C, 550 C, dan 500C, bukaan katup fluida dietil eter 0,75, selama 15 detik.
Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fliuda dietil eter dengan 15 detik dengan 1 putaran katup, 15 detik dengan 0,5 putaran katup, 20 detik dengan 0,5 putaran katup, 10 detik dengan 0,5 putaran katup, 60 temperatur evaporator.
VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA TEMPERATUR P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)
awal 0,08 0,01 0 60 52 28 35 26 25 29 24 97,7 139,5 175 190 0 0 0 0
VARIASI BUKAAN LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA
Lama bukaan katup (s) KATUP P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)
Tabel 4.3 Data penelitian dengan variasi pendinginan pada kondensor seperti air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara alami, air dari hasil pemompaan, air keran dengan udara kipas, pendinginan dengan udara kipas, dan pendinginan dengan udara alami, bukaan katup fluida 0,75 putaran selama 15 detik.
34
VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA
Pendinginan Kondensor P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)
awal 0,07 0,02 0,02 60 49 32 34 22 22 33 24 97,9 138,7 175 190
akhir 0,62 0,6 0,45 60 48 41 43 25 37 34 25 81,2 227,5 170,4 211,5 1,36 45 45 24
awal 0,1 0,05 0,03 60 38 33 34 24 26 29 25 97,6 142 175 190
akhir 0,61 0,58 0,43 59 34 41 43 25 36 35 25 81,5 228,8 170,5 211,4 1,5 29 29 20
awal 0,1 0,05 0,02 60 28 33 36 27 26 32 25 97,3 147,5 175 190
akhir 0,63 0,38 0,42 59 29 42 43 27 40 38 27 86 227 171 208,5 1,38 94 94 59
awal 0,1 0,05 0,03 60 39 30 35 26 25 30 25 97,8 143 175 190
akhir 0,63 0,58 0,43 60 27 43 44 27 41 40 26 81,8 226 170,4 209,3 1,39 100 100 51
Kondisi TEKANAN THERMOKOPEL A( 0
c) THERMOKOPEL B (0c)
Udara Kipas
Air Pompa, air keran & Udara Kipas Air Pompa, air keran & Udara alami
Tabel 4.4 Data penelitian dengan variasi dari tabung penekan seperti menggunakan 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, 2 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m,1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,7 m, dan1 tabung penekan dengan ketinggian air penekan 1,4 m, bukaan katup fluida 0,5 putaran selama 10 detik.
VARIASI LEVEL DIETIL LEVEL AIR LEVEL BAK (cm) LEVEL BAK LAMA LAMA PENDINGINAN LAMA KEMBALI LAMA
Tabung Penekan P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 ETTER (cm) (cm) TAMPUNGAN BAWAH ATAS (cm) PEMOMPAAN (menit) KONDENSOR (mnt) DIETIL ETTER (mnt) PENGHISAPAN(menit)
awal 0,05 0,03 0 60 26 27 35 26 24 32 22 97,3 170 175 190
akhir 0,6 0,53 0,41 61 27 41 44 27 36 35 25 83,1 237,5 171,7 206 1,28 92 92 47
awal 0,08 0,04 0,01 60 45 26 30 26 27 33 26 96,8 142,8 175 190
akhir 0,62 0,58 0,44 59 43 43 43 27 37 36 27 81,2 224,3 170,6 208 1,42 58 58 40
awal 0,1 0,08 0,03 60 51 34 35 25 24 35 24 96,9 171,5 175 190
akhir 0,57 0,54 0,42 59 51 42 43 27 37 36 25 89,9 239,5 173,3 197 1,16 72 72 38
awal 0,07 0,02 0 60 48 26 33 22 24 30 24 97,1 140 175 190
akhir 0,54 0,5 0,41 61 51 41 45 26 36 37 25 88,7 223 173,4 198 1,15 92 92 37
TEKANAN
1 Tabung, Ketinggian air 1,4m 1 Tabung, Ketinggian air 1,7m 2 Tabung, Ketinggian air 1,4m 2 Tabung, Ketinggian air 1,7m
Kondisi THERMOKOPEL A(
0
c) THERMOKOPEL B (0c)
Setelah data terkumpul, dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui
unjuk kerja pompa air energi termal mendapatkan data. Perhitungan berikut ini
menggunakan variasi temperatur pada data pertama dalam Tabel 4.1.
Perhitungan pertama adalah menghitung daya pompa. Pada perhitungan
ini menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah sebagai berikut
Head = 3,20 m volair = 9,805liter
= 1000 kg/m3 tpompa = 79,2 detik
g = 9,81 m/det2
Perhitungan daya pompa adalah
Ppompa = g Q H
Ppompa = (1000 kg/m3)(9,81 m/det2)(
) (3,2meter)
Ppompa = 3,88 watt
Perhitungan selanjutnya adalah mengitung daya pemanas. Dalam
perhitungan daya pemanas menggunakan Persamaan (2). Parameter yang didapat
adalah
TA1=Ta1 = 62°C TA4=Te1 = 44°C
TA2=Ta2 =53°C TB3=Te2 = 37°C
L = 60 cm
Diperlukan sifat-sifat fluida yang digunakan untuk menghitung daya
pemanas adalah bilangan Nusselt, bilangan Prandtl, bilangan Rayleigh dan
koefisien perpindahan kalor perhitungan. Perhitungan bilangan Rayleigh
menggunakan Persamaan (3). Bilangan Nusselt konveksi luar pipa dapat
menggunakan Persamaaan (4) dan untuk bilangan Nusselt konveksi dalam pipa
dapat menggunakan Persamaan (5), Bilangan Prandtl air adalah 127,86 dan fluida
kerja adalah 12,708 diketahui dari tabel (Cangel, 2008). Untuk menghitung
koefisien perpindahan kalor menggunakan Persamaan (6). Setelah semua
sifat-sifat fluida diketahui maka daya pemanas dapat dihitung
Perhitungan bilangan Rayleigh luar pipa adalah
318348,04
Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air ( dan adalah temperatur
permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi
Perhitungan bilangan Rayleigh dalam pipa adalah
392574131
Dengan Ts adalah temperatur rata-rata air ( dan adalah temperatur
permukaan pipa yang didapat dari metode iterasi
Perhitungan bilangan Nusselt konveksi luar pipa adalah
{
( )
}
{
( )
}
=14,096
Perhitungan bilangan Nusselt konveksi dalam pipa adalah
20,93
Perhitungan koefisien perpindahan kalor luar pipa adalah
( )
143,68W/m2 °C
Perhitungan koefisien perpindahan kalor dalam pipa adalah
( )
264,50 W/m2 °C
Setelah nilai sifat-sifat fluida diketahui maka dapat dilakukan perhitungan
daya pemanas. Berikut ini adalah perhitungan daya pemanas
T
hA
P
pemanas
Ppemanas =(143,677)×(3,14×0,0127× 0,6 ×9) ×(57,5-46,48)
Ppemanas =340,83 watt
Perhitungan selanjutnya adalah menghitung efisiensi pompa. Untuk
menghitung efisiensi pompa menggunakan Persamaan (7). Berikut ini adalah
perhitungan efisiensi pompa:
1,14%
Untuk menghitung kompresi udara tekan digunakan Persamaan (8).
Variabel yang diketahui adalah
Sedangkan untuk perhitungan efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan
Persamaan (9) sebagai berikut:
Untuk perhitungan daya pemanas (input)
Diketahui : Power kompor = 900 watt
%
Menggunakan perhitungan yang sama seluruh data penelitian dihitung
dengan Persamaan (1) sampai Persamaan (9). Hasil perhitungan dari semua
variasi yang diteliti, disajikan dalam bentuk tabel (4.5, 4.6, 4.7, dan 4.8)
Tabel 4.5 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.
Tabel 4.6 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara
VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) TEMPERATUR KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan
awal 25,81
akhir 18,88 7,43 3,89 1,14 12,62 340,83 1,32 24
awal 26,01
akhir 18,72 4,76 2,49 1,37 6,74 182,00 2,10 27
awal 25,28
akhir 18,19 3,44 1,80 0,92 7,29 196,76 2,90 27 Kondisi
60 0c 15 0,75 55 0c 15 0,75 50 0c 15 0,75
VARIASI BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt) Lama bukaan katup (s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan
awal 26,54
akhir 26,86 5,67 2,97 0,76 14,46 390,44 1,37 29 awal 25,50
akhir 18,80 5,63 2,95 0,89 12,19 329,25 1,38 50 awal 25,44
akhir 19,53 5,06 2,65 0,91 10,80 291,48 1,28 41 awal 25,36
42 Tabel 4.7 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi pendinginan fluida kerja dietil eter di dalam kondensor dengan air
hasil dari pemompaandengan air keran, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.
Tabel 4.8 Data penelitian yang telah dihitung dengan variasi penggunaan dan ketinggian air pada tabung penekan udara. Head pemompaan 3,20 meter dengan temperatur 600C pada evaporator, dan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,5 putaran.
VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt)
Pendinginan Kondensor KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan
awal 25,87
akhir 18,68 6,26 3,27 1,12 10,80 291,48 1,36 45
awal 25,61
akhir 18,57 5,55 2,90 3,46 3,11 83,97 1,50 29
awal 25,16
akhir 18,72 5,36 2,81 6,70 1,55 41,87 1,38 94
awal 25,53
akhir 18,80 6,12 3,20 21,78 0,54 14,71 1,39 100
Udara Kipas 15 0,75
Udara Alami 15 0,75
Kondisi
Air Pompa, air keran & Udara alami 15 0,75
Air Pompa, air keran & Udara Kipas 15 0,75
VARIASI LAMA BUKAAN BUKAAN Volume Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) t (mnt) t (mnt)
Tabung Penekan KATUP(s) KATUP Udara (liter) Pompa (ltr/mnt) Pompa (watt) Pompa % Thermal % Pemanas Pompa Pendinginan
awal 23,34
akhir 17,87 4,77 2,50 4,39 10,95 56,86 1,28 92
awal 25,54
akhir 18,94 5,73 3,00 1,53 7,27 196,32 1,42 58
awal 23,22
akhir 17,71 2,71 1,42 0,48 10,69 262,83 1,16 72
awal 25,77
akhir 19,04 2,57 1,35 0,47 2,11 256,45 1,15 92
1 Tabung, Ketinggian air 1,7m 10 0,5
1 Tabung, Ketinggian air 1,4m 10 0,5
Kondisi
2 Tabung, Ketinggian air 1,7m 10 0,5
4.2 Pembahasan
Berikut ini adalah hasil penelitian yang dibandingkan dengan variasi
lainnya
Tabel 4.9 Perbandingan pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.
Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.
Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P t t
temp (C) Pompa (ltr/mnt)Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas (watt) Pompa (mnt) pendinginan (mnt)
60 7,43 3,89 1,14 12,62 340,83 1,32 23,50
55 4,76 2,49 1,37 6,74 182,00 2,10 27,00
50 3,44 1,80 0,92 7,29 196,76 2,90 27,00
Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi temperatur 600C, 550C, dan 500C. Dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 putaran, lama bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter, dan menggunakan 2 tabung udara.
terbesar terlihat pada temperatur 600C. Besarnya debit dipengaruhi oleh besarnya
daya pemanas yang diperoleh pada temperatur 600C yaitu sebesar 340,831 watt,
disebabkan temperatur 600C memiliki waktu pemanasan yang lebih lama, waktu
pemompaan lebih cepat dan debit pemompaan lebih besar tetapi hasil
pemompaannya sedikit.
Pada gambar 4.3 terlihat efisiensi tertinggi pemompaan diperoleh pada
temperatur 550C, karena pada temperatur tersebut memiliki daya pemanas dan
efisiensi pemanas yang lebih kecil. Kecilnya daya pemanas dan efisiensi pemanas
disebabkan oleh kecil waktu pemanasan. Daya pompa dipengaruhi oleh debit,
debit lebih besar maka daya pompa juga besar. Sehingga efisiensi yang
dibutuhkan untuk untuk daya pemompaan lebih besar. Tetapi efisiensi besar jika
daya pemanasan kecil, semakin besar temperatur evaporator waktu pemompaan
juga lebih cepat. Namun untuk mengembalikan fluida kerja dietil eter seperti
semula pada temperatur 500C, dan 550C membutuhkan waktu lama dalam
pendinginan daripada temperatur 600C.
Tabel 4.10 Perbandingan pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.
Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt) Volume yg Katup Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas Dihisap (ltr)
10 0,5 (10 s) 4,27 2,23 0,62 13,31 359,33 5,00
15 0,5 (15 s) 5,06 2,65 0,91 10,80 291,48 6,48
15 1 (15 s) 5,67 2,97 0,76 14,46 390,44 7,77
Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.
Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi lama bukaan katup dengan perbedaan putaran katup fluida kerja, temperatur pemanasan evaporator 600C, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.
Hasil penelitian pada Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan menunjukan bahwa
pada variasi lama bukaan katup debit terbesar terjadi pada lama bukaan 15 detik
dengan 1 putaran. Semakin besar bukaan katup, volume fluida kerja dietil eter
semakin banyak untuk menekan air yang ada pada tabung air tekan. Ini ditunjukan
pada jumlah volume uap fluida kerja dietil eter yang ada pada variasi bukaan 1
putaran katup, 15 detik lama bukaan katup lebih besar dibandingkan dengan
variasi lama bukaan katup yang lain yaitu sebesar 21,98 liter. Besarnya volume
uap fluida kerja dietil eter karena mempunyai daya pemanas sebesar 390,44 watt.
Bukaan katup 1 putaran dengan lama bukaan katup 15 detik sangat
memungkinkan menghasilkan daya pemanas besar, karena bukaan tersebut
paling besar. Sedangkan untuk daya pemompaan dipengaruhi oleh debit, debit
besar maka daya pemompaan juga besar.
Pada gambar 4.6 menunjukan hasil efisiensi yang tertinggi terjadi pada
bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik, karena perbandingan antara
daya yang diberikan kepada fluida kerja dietil eter dengan daya yang diberikan
dari pemanas. Pada variasi bukaan 0,5 putaran dengan lama bukaan 15 detik
mempunyai daya pemanas yang sedang, tetapi menghasilkan daya pompa yang
tidak begitu kecil, yang artinya tidak ada pemanas yang terbuang.
Tabel 4.11 Perbandingan pada variasi pendinginan fluida kerja dietil eter didalam kondensor dengan air hasil dari pemompaan, udara kipas, dan udara alami. Head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara, lama bukaan katup fluida kerja dietil eter 15 detik, 600C pada temperatur evaporator, dan 0,75 putaran bukaan katup fluida kerja dietil eter.
Variasi Debit Daya Efisiensi Efisiensi P (watt)
Pendinginan Pompa (ltr/mnt) Pompa(watt) Pompa % Thermal% Pemanas
Air Pompa, air keran & Udara alami 6,26 3,27 1,12 10,80 291,48 Air Pompa, air keran & Udara Kipas 5,55 2,90 3,46 3,11 83,97
