Unjuk kerja pompa air energi termal dengan fluida kerja dietil eter menggunakan pemanas kolektor paralel kecil.

(1)

INTISARI

Pompa termal adalah salah satu alternatif untuk menggantikan cara tradisional dalam memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan delapan pipa pemanas paralel kecil dan tabung pemisah uap berdiameter 10 cm, menentukan debit pemompaan maksimumnya, menentukan daya pemompaannya, menentukan efisiensi pompa maksimumnya dan juga efisiensi termal maksimum yang dihasilkan kolektor. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah lama bukaan katup fluida kerja (bukaan katup 7 detik,10 detik, dan 15 detik, tinggi level air tabung tekan (tinggi level air tabung tekan 150 cm dan tinggi level air tabung tekan 145 cm) dan pendinginan kondensor (pendinginan dengan udara kipas dan pendinginan dengan udara alami). Semua variasi dilakukan dengan menggunakan 2 tabung tekan udara dan head pompa 3,20 meter. Parameter yang diukur adalah temperatur atas pemanas bagian kolektor, temperatur bawah pemanas bagian kolektor, temperatur input pipa kondensor yang mengalir dari tabung pemanas, temperatur output pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah, temperatur output air pendingin kondensor, temperatur output kondensor menuju tabung tekan, temperatur input pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas, temperatur input air pendingin kondensor, tekanan pada pemanas, tekanan pada tabung tekan air,tekanan pada tabung udara, waktu bukaan fluida kerja, waktu pemompaan, waktu pendinginan, air yang dihisap dan volume pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian didapat hasil debit pemompaan maksimum 1,15 liter/menit, daya pemompaan sebesar 0,60 watt, efisiensi pompa maksimum 2,87 % didapat pada variasi pendinginan kondensor dengan udara kipas dan efisiensi termal maksimum sebesar 1,97 % didapat pada variasi bukaan katup 7 detik.

(2)

ABSTRACT

A thermal pump is an alternative rmethod to get water in rurel area. This research has four objectives : 1) To design a model of energy thermal pump. The pump consists of eight small heater pipes which were designed paralelly and steam seperator tubes with 10 centimeters in diameter. 2) To determine maximum debits of pumping the water. 3) To determine the pumping power. 4) To determine the maximum efficiency of the pump and the thermal which was from the colector. The working fluid used was diethyl ether. The parameters varied in time when the valves of working fluid opened (valve opening 7 seconds,10 seconds,and 15 seconds), varied in the level of water pressure tubes ( 150 centimeters and 145 centimeters). It varied in the cooling condensor(it used fan and air). The experiments use double tubes air pressed with 3,2 meters height. The measured parameters were temperature of the collector’s plate top, the temperature of

collector’s plate bottom, temperature of condensor inlet pipes, temperature of collector’s outlet pipes, t temperature of condensor water colling output, temperature of condenser outlet pipes, temperature of collector’s inlet pipes, temperature of condenser inlet water colling, air pressure of heating pipes, the pressure of water tubes, the pressure of pressure tube, the exposure time of the working fluid, the pumping time, the cooling time, the water which was inhaled and the pumping volume. The data showed that the maximum debit of pumping was 1,15 liters/minute, the pumping power was 0,60 watts, the maximum pump efficiency was 2,87 %, it was obtained on the variation of the cooling condenser and fan, the maximum thermal efficiency was 1,97 % obtained on the variation of the valve opening 7 seconds. Thus, the variations used 2 air press tubes in 3,20 meters in height.

(3)

i

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL

DENGAN FLUIDA KERJA DIETIL ETER

MENGGUNAKAN PEMANAS KOLEKTOR PARALEL KECIL

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

DENI SULISTIYAWAN

NIM : 115214074

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(4)

ii

PERFORMANCE OF DIETHYL ETHER WORKING FLUIDS

THERMAL ENERGY WATER PUMP WITH SMALL PARALLEL

COLECTOR HEATER

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

Presented by

DENI SULISTIYAWAN

Student Number : 115214074

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(5)

UNJUK KERJA POMPA

AIR

ENERGI

TERMAL

DENGAN FLUIDA KERJA

DIETIL

ETER

MENGGUNAKAN{

PEMANAS KOLEKTOR PARALEL

KECIL

Disusun Oleh:

DENI SULISTTYAWAN

NIM:

115214074

Telah Disetujui Oleh :

Dosen Pembimbing

A.Prasetyadi, S. Si M. Si.

(6)

UNJUK KERJA POMPA

AIR

ENERGI

TERMAL

DENGAN FLUIDA KERJA

DIETIL ETER

MENGGT]NAKAN PEMANAS KOLEKTOR PARALEL

KECIL

Yang dipersiapkan dan disusun oleh:

NAMA

: DENI SULISTTYAWAN

N.LM

:

ll52l4074

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

pada tang[l,24l:.urlri2015

Tanda tangan

24 luni2015

ins dan Teknologi

itas Sanata Dharma

Prima Rosa, S.Si., M.Sc.

(7)

PERIIYATAAN KEASLIAN

TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir

dengan judul

UNJUK

KERJA

POMPA

AIR

ENERGI

TERMAL

DENGAN

FLUIDA KERJA DIETIL

ETER

MENGGUNAKAN KOLBKTOR PARALEL KECIL

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi

Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sejauh yang saya ketahui bukan

merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata

Dharma maupun

di

Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasinya

dicantumkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 24 Juni 201 5

Penulis

M

(8)

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yamg bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : DENI SULISTIYAWAN

Nomor Mahasiswa : 115214074

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

UNJUK

KERJA

POMPA

AIR

ENBRGI

TERMAL

DENGAN

FLUIDA KERJA DIETIL

ETER

MENGGUNIAKAN PEMANAS

KOLEKTOR PARALEL

KECIL

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya

dalam bentuk

pangkalan

data,

mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikanya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal24 Juni 2015

Yang menyatakan

,.M,"""

(9)

vii

INTISARI

Pompa termal adalah salah satu alternatif untuk menggantikan cara tradisional dalam memperoleh air. Tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah membuat model pompa air energi termal dengan delapan pipa pemanas paralel kecil dan tabung pemisah uap berdiameter 10 cm, menentukan debit pemompaan maksimumnya, menentukan daya pemompaannya, menentukan efisiensi pompa maksimumnya dan juga efisiensi termal maksimum yang dihasilkan kolektor. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter. Parameter yang divariasikan adalah lama bukaan katup fluida kerja (bukaan katup 7 detik,10 detik, dan 15 detik, tinggi level air tabung tekan (tinggi level air tabung tekan 150 cm dan tinggi level air tabung tekan 145 cm) dan pendinginan kondensor (pendinginan dengan udara kipas dan pendinginan dengan udara alami). Semua variasi dilakukan dengan menggunakan 2 tabung tekan udara dan head pompa 3,20 meter. Parameter yang diukur adalah temperatur atas pemanas bagian kolektor, temperatur bawah pemanas bagian kolektor, temperatur input pipa kondensor yang mengalir dari tabung pemanas, temperatur output pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah, temperatur output air pendingin kondensor, temperatur output kondensor menuju tabung tekan, temperatur input pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas, temperatur input air pendingin kondensor, tekanan pada pemanas, tekanan pada tabung tekan air,tekanan pada tabung udara, waktu bukaan fluida kerja, waktu pemompaan, waktu pendinginan, air yang dihisap dan volume pemompaan. Dari data yang diperoleh dari penelitian didapat hasil debit pemompaan maksimum 1,15 liter/menit, daya pemompaan sebesar 0,60 watt, efisiensi pompa maksimum 2,87 % didapat pada variasi pendinginan kondensor dengan udara kipas dan efisiensi termal maksimum sebesar 1,97 % didapat pada variasi bukaan katup 7 detik.

(10)

viii

ABSTRACT

A thermal pump is an alternative rmethod to get water in rurel area. This research has four objectives : 1) To design a model of energy thermal pump. The pump consists of eight small heater pipes which were designed paralelly and steam seperator tubes with 10 centimeters in diameter. 2) To determine maximum debits of pumping the water. 3) To determine the pumping power. 4) To determine the maximum efficiency of the pump and the thermal which was from the colector. The working fluid used was diethyl ether. The parameters varied in time when the valves of working fluid opened (valve opening 7 seconds,10 seconds,and 15 seconds), varied in the level of water pressure tubes ( 150 centimeters and 145 centimeters). It varied in the cooling condensor(it used fan and air). The experiments use double tubes air pressed with 3,2 meters height. The measured parameters were temperature of the collector’s plate top, the temperature of collector’s plate bottom, temperature of condensor inlet pipes, temperature of collector’s outlet pipes, t temperature of condensor water colling output, temperature of condenser outlet pipes, temperature of collector’s inlet pipes, temperature of condenser inlet water colling, air pressure of heating pipes, the pressure of water tubes, the pressure of pressure tube, the exposure time of the working fluid, the pumping time, the cooling time, the water which was inhaled and the pumping volume. The data showed that the maximum debit of pumping was 1,15 liters/minute, the pumping power was 0,60 watts, the maximum pump efficiency was 2,87 %, it was obtained on the variation of the cooling condenser and fan, the maximum thermal efficiency was 1,97 % obtained on the variation of the valve opening 7 seconds. Thus, the variations used 2 air press tubes in 3,20 meters in height.

(11)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang

diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan

tugas akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap

mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka

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, akhirnya Tugas

Akhir 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 1 Tugas Akhir

5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Teknik Mesin yang

membantu secara teknis.

6. Suwari S.Th dan Kasiyem selaku Bapak dan Ibu saya yang telah memberi

dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

7. Yunit Dita Setyawan dan Dian Anggit Prasetyo selaku saudara kandung saya

yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera

terselesaikannya Tugas Akhir ini.

8. Bagas Waras Hartanto, Chandra Dwi Wichaksana, Antonius Putra Wahyudi

(12)

x

pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data. Dan Nurma Zulianingsih

yang selalu mendukung dalam proses pembuatan alat dan skripsi

9. Saudara-saudara yang senantiasa membantu penulis dalam menyelesaikan

tugas akhir ini.

10.Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman

lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala

bantuanya.

Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna.

Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi

penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga

tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 24 Juni 2015

(13)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……….……….. i

TITLE PAGE ………...…. ii

HALAMAN PENGESAHAN………...…… iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ………...……... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ………...…...….. v

LEMBAR PUBLIKASI ………...…. vi

INTISARI ... vii

ABSTRACT... viii

KATA PENGANTAR ………..………...………...…..……... iX DAFTAR ISI ……….………...…...………..…...……... Xi DAFTAR GAMBAR ... Xiii DAFTAR TABEL ………... Xvi BAB I PENDAHULUAN ………...………... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan dan Manfaat... 5

1.4 Batasan Masalah... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8

2.1 Dasar Teori... 8

2.2 Persamaan Yang Digunakan... 11

2.3 Penelitian Terdahulu... 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 14

(14)

xii

3.2 Variabel Yang Divariasikan... 17

3.3 Variabel Yang Diukur... 22

3.4 Langkah Penelitian... 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 26

4.1 Hasil Penelitian... 26

4.2 Pembahasan………... 40

BAB V PENUTUP... 51

5.1 Kesimpulan 51 5.2 Saran... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Skema alat penelitian... 14

Gambar 3.2 Skema pemisah uap... 16

Gambar 3.3 Skema keadaan fluida kerja tidak mengalir... 18

Gambar 3.4 Skema keadaan fluida kerja masuk dengan bukaan katup 0,75 putaran... 19

Gambar 3.5 Keadaan kondensor terisi fluida kerja Dietil Eter... 19

Gambar 3.6 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja Dietil Eter... 20

Gambar 3.7 Variasi lama bukaan katup…... 20

Gambar 3.8 Variasi level air tabung tabung tekan udara ... 21

Gambar 3.9 Variasi pendingin kondensor menggunakan udara kipas... 21

Gambar 3.10 Variasi pendingin kondensor menggukan udara alami... 22

Gambar 3.11 Posisi termologger dan manometer... 23

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pemompaan pada variasi bukaan katup 15 detik, 10 detik, dan 7 detik, dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 40 Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi bukaan katup 15 detik, 10 detik, dan 7 detik, dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 41

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi bukaan katup 15 detik, 10 detik, dan 7 detik, dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 41

(16)

xiv

Gambar 4.5 Grafik perbandingan debit pemompaan pada variasi level air 150

cm, 145 cm dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan

tinggi pipa buang 3,20 meter... 45

Gambar 4.6 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi level air 150

tinggi pipa buang 3,20 meter... 45

Gambar 4.7 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi level air 150

tinggi pipa buang 3,20 meter...

46 Gambar 4.8 Grafik perbandingan efisiensi termal pada variasi level air 150

tinggi pipa buang 3,20 meter... ₄₆

Gambar 4.9 Grafik perbandingan debit pemompaan pada variasi pendinginan

kondensor udara kipas dan udara alami, dengan menggunakan 2

tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 48 Gambar 4.10 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi pendinginan

tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 48 Gambar 4.11 Grafik perbandingan efisiensi pompa pada variasi pendinginan

tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 49 Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi termal pada variasi pendinginan

tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter... 49 Gambar L.1 Alat penelitian pompa air energi termal... ₅₄

(17)

xv

Gambar L.3 Tabung pemisah uap... ₅₄

Gambar L.4 Kolektor pemanas paralel kecil... ₅₅

Gambar L.5 Thermologger... ₅₅

Gambar L.6 Tabung tekan air... ₅₅

Gambar L.7 Tabung tekan udara... ₅₅

Gambar L.8 Bak air hisap... ₅₆

Gambar L.9 Kondensor... ₅₆

Gambar L.10 Pompa benam... ₅₆

Gambar L.11 Bak tampungan air... ₅₆

Gambar L.12 Manometer... ₅₇

(18)

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup

fluida kerja 15 detik dan head pemompaan 3,20 meter

dengan menggunakan 2 tabung udara... 29

Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor

dengan air pompa dan air keran, Pada level air 140 cm

dan bukaan katup 10 detik, head pemompaan 3,20

meter dengan menggunakan 2 tabung udara... 29

dan bukaan katup 7 detik, head pemompaan 3,20 meter

dengan udara kipas, Pada level air 140 cm dan bukaan

katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan

menggunakan 2 tabung udara... 30

dengan udara alami, Pada level air 140 cm dan bukaan

(19)

xvii

menggunakan 2 tabung udara...

fluida kerja 15 detik dan head pemompaan 3,20 meter

meter dengan menggunakan 2 tabung udara...

37 Tabel 4.10 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor

dan bukaan katup 7 detik, head pemompaan 3,20 meter

dengan menggunakan 2 tabung udara...

37 Tabel 4.11 Data penelitian dengan variasi level air 150 cm dan

pendinginan kondensor dengan air pompa dan air

keran dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan

3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara...

38 Tabel 4.12 Data penelitian dengan variasi level air 145 cm dan

pendinginan kondensor dengan air pompa dan air

keran dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan

3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara... 38

dengan udara kipas, Pada level air 140 cm dan bukaan

dengan udara alami, Pada level air 140 cm dan bukaan

(20)

xviii

fluida kerja 15 detik, 10 detik, 7 detik, dan head

pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung

udara... 39

Tabel 4.16 Data penelitian dengan variasi level udara 150 cm ,

140 cm dan head pemompaan 3,20 meter dengan

Tabel 4.17 Data penelitian dengan variasi udara pendinginan

kondensor dengan udara kipas, udara alami dan head

pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung

(21)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di tengah pemanasan global yang masih terjadi saat ini, perubahan

cuaca makin sulit diprediksi. Pemanasan global tersebut berdampak pada

kerusakan alam baik dari tumbuhan yang kekurangan air, hewan yang mati

karena kekurangan air bahkan sampai beberapa daerah yang terpencil

mengalami kekeringan. Pemanasan global ini sangat menggangu pertumbuhan

beberapa usaha masyarakat, seperti salah satunya petani, yang dimana

tumbuhannya ini sangat bergantung pada air. Kebutuhan utama manusia untuk

kelangsungan hidup adalah makanan. Selain makanan masih banyak beberapa

bahan makanan yang selalu menjadi kebutuhan utama manusia untuk bertahan

hidup sebagai contoh yaitu air. Dalam kehidupan sehari-hari manusia tidak

dapat terlepas dengan air, karena setiap makhluk hidup pasti membutuhkan air.

Sehingga manusia dan hewan serta tumbuhan tidak dapat hidup tanpa air, tetapi

keberadaan air ini yang tidak selalu berada di tempat yang tepat dan mudah

didapatkan. Dan diperlukan sebuah alat yang dapat mengalirkan air dari

sumber air ke tempat yang diinginkan.

Pemindahan air kebanyakan menggunakan cara tradisional yaitu manual

dan yang lebih banyak dengan model-model modern dengan menggunakan

energi listrik atau menggunakan mesin yang berbahan bakar minyak.

(22)

manusia harus mengeluarkan energi yang lebih banyak sehingga menyita

waktu yang cukup untuk mendapatkan air. Sedangkan waktu dan energi

manusia dapat digunakan untuk kegiatan yang lain. Dalam penggunaan pompa

air tenaga listrik atau menggunakan mesin yang berbahan bakar minyak ini

tidaklah efisien, karena bahan bakar minyak tidak selalu tersedia di

daerah-daerah yang terpencil atau terpelosok. Di indonesia masih banyak daerah-daerah yang

belum terjangkau aliran listrik, bahan bakar dan alat transportasi yang masih

sulit. Sehingga berdampaklah pada mahalnya harga penyediaan air. Faktor ini

yang menghambat pertumbuhan daerah tersebut tidak dapat memenuhi

kebutuhan air dengan baik. Dengan menggunakan energi fosil yang

terus-menerus dapat menjadi masalah krisis energi yang berdampak pada kebutuhan

manusia lainya dan energi fosil tersebut dapat menimbulkan polusi udara.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah di atas adalah dengan cara

memanfaatkan energi termal. Energi termal adalah energi panas, energi panas

ini dapat diperoleh dengan berbagai cara antara lain yaitu panas dari energi

surya, panas lampu infrared (sinar dari lampu infrared), kompor (listrik dan

bahan bakar minyak), panas bumi, dan lain-lain. Energi surya adalah salah satu

alternatif untuk menjadi sumber energi pada pompa air. Untuk mendapatkan

energi surya sangat mudah karena energi surya adalah energi bebas yang

didapat di alam, baik di kota ataupun di daerah-daerah terpencil atau

(23)

1.2 Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini, penulis menggunakan media pemanas dengan

menggunakan enam buah lampu infrared yang terpasang tepat pada permukaan

kolektor pararel kecil, dengan jarak dari ujung lampu sampai dengan

permukaan dasar kolektor sekitar 30 cm. Kolektor kecil ini tersusun secara

pararel dengan sembilan pipa tembaga ukuran ½ in yang diberi jeda antar pipa

1,5 cm, dan untuk menggerakan pompa air dengan sistem termodinamika

diperlukan fluida kerja untuk melakukan kerja pemompaan tersebut. Fluida

kerja yang digunakan adalah dietil eter. Dan nilai ℎ yang digunakan sebesar

360,2 KJ/Kg . Sedangkan tekanan udara sekitar setiap tempat berbeda-beda

dan tergantung pada ketinggian permukaan tanah dengan permukaan air

laut. Maka dari itu dalam penelitian ini tekanan udara sekitar diasumsikan

sekitar 1 bar. Ketika kolektor dipanaskan maka kolektor akan panas dan

setelah keran fluida kerja dibuka akan terjadi proses penguapan atau

pendidihan fluida kerja . Penguapan fluida kerja ini akan menghasilkan tekanan

dalam tabung hijau akan turun dan menekan 2 tabung tekan , Kenaikan tekanan

pada 2 tabung ini digunakan untuk mengalirkan air dari pompa ke tempat air

yang ditentukan. Kemudian saat terjadi proses pengembunan atau pendinginan

pada kondensor secara otomatis tekanan fluida kerja akan turun, Penurunan

tekanan pada 2 tabung tekan ini digunakan untuk menghisap air dari sumber

air kedalam pompa air. Di dalam proses penguapan fluida kerja ini memerlukan

energi panas dan proses pengembunan juga memerlukan pendinginan. Energi

(24)

pendingin seperti udara atau air. Unjuk kerja pompa air ini ditentukan oleh

kecepatan pendidihan atau penguapan fluida kerja dan pengembunan fluida

kerja. Sehingga kecepatan penguapan dan pengembunan fluida kerja

ditentukan oleh sifat-sifat dan jumlah massa fluida kerja yang digunakan serta

beban (head) pemompaan. Permasalahan dalam penelitian ini dapat

dirumuskan sebagai berikut:

1. Fluida kerja yang digunakan harus mempunyai sifat yang mudah

menguap tetapi juga yang mudah untuk diembunkan kembali.

Fluida kerja yang digunakan adalah dietil etter yang mempunyai

titik didih 35°C dan massa jenis 0,714 gram/cm3 tergantung pada

komposisinya.

2. Jumlah massa fluida kerja berpengaruhi dalam sistem pemompaan.

Massa fluidanya lebih banyak dapat menghasilkan tekanan lebih

besar tetapi membutuhkan waktu penguapan yang lama. Penelitian

ini akan meneliti bagaimana pengaruh jumlah massa fluida kerja

yang digunakan dietil eter terhadap unjuk kerja pompa air dengan

sistem termodinamik.

3. Beban head pemompaan mempengaruhi kecepatan penguapan

fluida kerja sehingga berpengaruh pada unjuk kerja pompa yang

dihasilkan. Penelitian ini akan meneliti pengaruh beban

(25)

4. Penelitian ini akan meneliti pengaruh volume udara tekan dengan

jumlah yang berbeda yang terkompresi di tabung udara tekan

terhadap unjuk kerja pompa air sistem termodinamik.

5. Penelitian ini akan meneliti pengaruh volume udara pada pemanas

dan kondensor terhadap unjuk kerja pompa air sistem

termodinamik.

1.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang ingin diperoleh dalam penelitian ini :

1. Membuat model pompa air energi termal dengan delapan

pipa pemanas kecil yang tersusun secara pararel dengan

ukuran 60 cm x 23 cm, jeda antar pipa 1,5 cm dengan luas

penampang kolektor 36,5 cm x 106,5 dengan pemanas

enam lampu infraret dan tabung pemisah uap dengan

diameter 10 cm terbuat dari pipa stainless.

2. Menentukan debit pemompaan maksimum.

3. Menentukan daya pemompaan maksimum.

4. Menentukan efisiensi pompa maksimum.

(26)

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi

termal.

2. Hasil penelitian diharapkan dapat di kembangkan untuk

membuat prototype dan produk teknologi pompa air energi

termal yang dapat diterapankan dimasyarakat dan

meningkatkan kesejahteraan masyarakat.

3. Mengurangi ketergantungan dan pemanfaatan penggunaan

minyak bumi dan energi listrik untuk penggerak pompa air.

4. Mengurangi polusi udara.

1.4Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal

dengan pemanasan kolektor pararel kecil dengan ukuran

enam lampu infrared yang tersusun pararel dengan

menggunakan tabung pemisah uap.

2. Penggunaan dietil eter sebagai fluida kerja. Berat jenis dietil

eter pada kondisi cair 0,714 gr/ml. Berat jenis digunakan

dalam perhitungan mencari massa dietil eter. Selanjutnya

(27)

3. Kalor laten dietil eter yaitu 365,6 kJ/g. Kalor laten fluida

digunakan dalam perhitungan daya pemanas.

4. Tekanan udara sekitar dibutuhkan dalam perhitungan

kompresi udara. Diasumsikan tekanan udara sekitar adalah 1

bar.

5. Variasi yang dibandingkan adalah Massa fluida kerja, lama

pemompaan, perbandingan pemanas dengan menggunakan

(28)

8 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Berbagai sumber energi surya yang didapat dari alam yang berupa cahaya atau

panas buang dapat digunakan untuk pemanasan penggerak pompa air energi termal.

Terdapat dua kelompok metode untuk memanfaatkan energi surya supaya dapat

menghasilkan energi mekanik antara lain adalah metode konversi langsung dan

metode termodinamik. Dalam metode termodinamik ini, terdapat alat utama yang

berguna untuk pengumpulan energi termal surya yaitu kolektor termal yang jenis

pelat datar maupun fokus. Energi termal ini berguna untuk menaikan tekanan

fluida kerja dan temperatur . Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini

yang dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik baik langsung maupun

tidak langsung (dengan fluida kerja kedua). Energi mekanik yang dihasilkan

dimanfaatkan untuk menggunakan pompa air konvensional (dengan siklus

Rankine, Brayton atau Stirling) maupun pompa air dengan disain khusus. Pompa

air dengan desain khusus dapat dikelompokan berdasarkan media pendingin uap

fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Metode konversi langsung energi

surya dapat mengkonveksi energi surya menjadi energi listrik. Kemudian energi

listrik yang dihasilkan ini dipakai untuk menggerakan pompa. Kebanyakan

konveksi energi surya ke listrik dilakukan dengan cara photovoltaic dan

(29)

Bagian – bagian utama pada pompa air energi termal pada umumnya yaitu

penggerak pompa air, evaporator, kondensor, tabung tekan dan tabung hisap.

Dalam penelitian ini pompa air yang dipakai adalah jenis pompa benam. Prinsip

pompa benam selalu digunakan di bawah pemukaan air yang dihisap. Fungsi

kondensor di alat ini digunakan untuk mempercepat pendinginan. Pendingan

dilakukan dengan fluida air, udara kipas dan udara sekitar. Kondensor yang

digunakan dalam penelitian ini berbentuk pipa spiral terbuat dari pipa tembaga ½

in yang terdapat sebuah saluran selang untuk saluran pendinginnya. Dalam

penggerak pompa air terdapat tabung pemisah uap fluida kerja cair. Pemanasnya

selain dengan energi surya termal, fluida kerja ini dapat dipanaskan menggunakan

pemanasan air panas dan menggunakan pemanasan lampu inflared yang di susun

di atas kolektor pemanas. Pada penelitian ini, fluida dietil eter (diethyl ether)

digunakan sebagaifluida kerja.

Prinsip kerja pompa air ini sebagai berikut: Bagian katup tabung

penampung fluida kerja cair yang disalurkan ke pipa pemanas dibuka sesuai dengan

kebutuhan. Kemudian fluida kerja cair akan masuk ke dalam bagian pipa pemanas

yang tersusun secara pararel diatas kolektor yang dipanasi oleh enam buah lampu

infrared akan menguap. Setelah itu uap dietil eter akan masuk ke dalam tabung

pemisah fluida kerja cair dan uap dietil eter. Fluida kerja cair yang ikut akan

terpisah di dalam tabung pemisah tersebut dan dialirkan kembali ke pipa pemanas

tersebut. Sehingga uap yang masuk dalam kondensor akan mendorong dan

memberi tekanan pada tabung udara tekan. Proses kompresi akan terjadi di tabung

(30)

dalam pompa benam akan terpompa selama penekanan di dalam tabung tekan

mengalami kenaikan. Kenaikan tekanan dan lama pemompaan di pengaruhi oleh

banyaknya fluida kerja yang masuk dalam pipa pemanas. Air yang berada di dalam

pompa benam akan mengalir ke bak penampung atas yang telah disediakan.

Langkah tekan adalah proses mengalirnya air dari pompa benam ke bak

penampung atas. Sebagian air di bak penampung atas akan dialirkan ke kondensor

untuk proses pendinginan yang terletak di dalam bak penampung air kondensor.

Kondensor mengalami pendinginan hingga terjadi proses pengembunan. Saat

proses pengembunan ini berlangsung menyebabkan tekanan ditabung tekan

mengalami penurunan. Penurunan tekanan ini menyebabkan air yang ada di dalam

sumber air (sumur) terhisap kedalam pompa benam tersebut dan proses ini disebut

proses hisap.

Satu siklus dalam pemompaan ini terdiri dari dua langkah yaitu satu

langkah tekan dan satu langkah hisap. Sehingga dalam siklus pemompaan ini akan

berlangsung terus menerus selama masih ada persediaan fluida kerja dan energi

panas yang dibutuhkan. Di dalam pompa benam ini terdapat dua buah katup searah,

yang terdapat pada sisi tekan dan sisi hisap. Katup ini mempunyai fungsi yang

berbeda yaitu katup yang berada pada sisi tekan berfungsi supaya saat langkah

tekan air hanya dapat mengalir ke bak penampung atas. Selanjutnya katup yang

berada pada sisi hisap berfungsi untuk menghisap air yang berada di sumbernya

(sumur) dan tidak dapat kembali ke dalam sumbernya.

(31)

2.2 Persamaan yang Digunakan

Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi thermal ini dibutuhkan persamaan

yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem. Unjuk kerja pompa air energi

termal diantaranya dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa. Efisiensi

pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas tiap

satuan waktu.

Menghitung daya pemompaan dapat dengan menggunakan persamaan

berikut (Soemitro, 1986) :

P

pompa

=

ρ

gQH

(1)

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

percepatan gravitasi

,

Q adalah debit pemompaan

,

H adalah head pemompaan

Sehingga efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya output

pompa dengan daya input pompa. Dan efisiensi pompa dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut:

(2)

Kompresi udara tekan adalah besarnya tekanan yang terjadi akibat

(32)

dapat menghitung kompresi udara tekan ditabung tekan maka menggunakan

persamaan (3).

(3)

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 (4) sebagai

berikut:

% 100

) (

)

( _



input pem anas

output pem anas term al

P P



(4)

2.3 Penelitian Terdahulu

Penelitian di pompa air energi surya termal memperlihatkan bahwa waktu yang

dibutuhkan dalam pengembunan uap fluida kerja berpengaruh oleh debit dan

temperatur air pendingin yang masuk ke kondensor (Sumathy et. al., 1995).

Prototipe model pompa air energi surya termal yang bekerja dengan siklus Rankin

diuji untuk dapat mengetahui unjuk kerjanya dengan menggunakan fluida kerja

refrijeran R 113 (Spindler et. al., 1996). Penelitian unjuk kerja pompa air energi

(33)

8, dan 10 m memperlihatkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada

unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian secara teoritis pompa air energi

surya termal dengan dua fluida kerja yang digunakan, yaitu etil eter dan n-pentane

memperlihatkan bahwa efisiensi pompa lebih tinggi 17% yang menggunakan fluida

kerja etil eter dibanding n-pentane dengan head 6 m (Wong, 2000). Analisa

termodinamika untuk menunjukkan unjuk kerja pompa air energi surya termal

dengan beberapa ketinggian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus tiap satu

hari tergantung pada waktu yang diperlukan untuk pemanasan fluida kerja dan

waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung

pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pencairan tergantung pada luasan

optimum koil pendingin (Wong, 2001a). Penelitian pompa air energi surya

menggunakan kolektor pelat datar sederhana dengan luas 1 m2_{menggunakan fluida}

kerja etil eter dapat menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari

tergantung dengan ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem dapat mencapai

0,340,42% (Wong, 2001b). Penelitian pompa air energi surya termal dengan

menggunakan model matematis menunjukkan unjuk kerja pompa ditentukan oleh

fraksi uap dari siklus yang terjadi. Peningkatan daya pemompaan dipengaruhi oleh

naiknya temperatur maksimum pemanasan, sementara penurunan efisiensi

disebabkan oleh kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air

(34)

14

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Metode yang digunakan dalam pompa air energi termal ini memanfaatkan

panas kolektor pararel kecil yang dipanaskan dengan menggunakan sinar cahaya

enam buah lampu infrared sebagai sumber panas. Dengan menggunakan fluida

kerja dietil eter. Gambar desain berikut ini adalah skema alat yang digunakan dalam

penelitian dan ditunjukan pada Gambar 3.1.Untuk foto alat penelitian ini ditunjukan

[image:34.595.100.510.166.703.2]

pada bagian lampiran Gambar L.1.

(35)

Bagian-bagian utama pada alat penelitian di Gambar 3.1 :

1. Pipa tembaga yang disusun secara pararel sebanyak 8 batang dengan

diameter ½ inci, dipasang pada kemiringan sekitar 30° dan

menggunakan kolektor yang dipanasi oleh enam buah lampu infraret.

Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.4

2. Bak kolektor pemanas dengan ukuran luas penampang 36,5 cm x 106,5

cm. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.4

3. Tabung pemisah uap yang terbuat dari stainless steel dengan ukuran

diameter tabung 10 cm dan tinggi 15,5 cm. Foto alat penelitian

ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.3.

4. Kondensor spiral dari pipa tembaga diameter ½ inci dengan panjang 8

m. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian lampiran Gambar L.9.

5. Penampung fluida kerja cair dengan diameter 10 cm, panjang 20 cm

terbuat dari stainless steel. Foto alat penelitian ditunjukan pada bagian

lampiran Gambar L.2.

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 dari pipa PVC diameter 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 diameter 4 inci, panjang 2 m Foto alat

(36)

10.Katup searah pada sisi hisap.

11.Tangki air output dengan kapasitas 17 L.

Untuk mengurangi cairan fluida kerja cair yang ikut terbawa uap, pada

[image:36.595.99.500.224.564.2]

penelitian ini menggunakan tabung pemisah uap dengan skema sesuai Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema pemisah uap

Proses kerja dari sistem alat penelitian ini dimulai dari pemanasan pipa

tembaga yang disusun secara paralel. Pemanasan menggunakan dengan

menggunakan kolektor pemanas yang dipanasi dengan enam buah lampu infrared

samapai ± 60 °C. Setelah pipa mengalami pemanasan, maka fluida kerja yang

berada di dalam pipa tembaga akan mengalami penguapan. Dan uap fluida kerja

akan masuk ke dalam tabung pemisah fluida kerja. Di tabung pemisah uap, fluida

(37)

sehingga fluida yang masih cair akan di kembalikan ke dalam pemanas melalui pipa

tabung pemisah yang bawah. Kemudian uap fluida kerja akan di teruskan ke pipa

kondensor dan uap fluida kerja menuju tabung tekan air. Uap akan memberi tekanan

di tabung tekan air. Maka air yang berada di tabung tekan air akan memberi tekanan

yang menuju tabung tekan udara. Tabung tekan udara air akan mengalami kenaikan

dan menyebabkan kompresi. Saat udara terkompresi pompa benam akan bekerja

yaitu, katup searah yang berada disisi tekan akan membuka karena mendapatkan

tekanan, Sehingga air terpompa sampai bak penampungan air out put. Dan pada

saat proses pendinginan, lampu pemanas tetap menyala dan di kondisikan agar suhu

pemanasan tetap. Untuk proses pendinginan yang dilakukan dengan cara mengaliri

air hasil pemonpaan dan kran di kondensor atau dengan cara memberi kipas pada

kondensor tergantung pada variasinya. Setelah kondensor di dinginkan akan

menyebabkan uap fluida kerja mengembun. Karena fluida kerja mengembun maka

tekanan akan menurun dan air yang berada di tabung tekan udara juga menurun.

Dan saat penurunan air di tabung tekan udara, katup searah yang berada di sisi hisap

pompa benam akan bekerja yaitu terjadi proses penghisapan air dari sumur.

3.2 Variabel yang Divariasikan

Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Variasi lama bukaan katup dengan 2 tabung tekan udara pada

(38)

dengan lama bukaan massa fluida kerja 7 detik, 10 detik, 15 detik

dan katup bukaan 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.

2. Variasi volume tabung tekan dengan 2 tabung pada ketinggian

air 145 cm dan 150 cm pada ketinggian pipa buang 3,20 m

dengan lama bukaan massa fluida kerja 15 detik dan katup

bukaan 0,75 putaran dengan saluran tabung tekan atas.

3. Variasi pendinginan kondensor dengan udara alami dan kipas

menggunakan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm

dengan ketinggian pipa buang 3,20 m dengan lama bukaan

massa fluida k

Fluida kerja yang masuk ke dalam tampungan fluida kerja dapat di atur

dengan katup diantara tabung penampung fluida kerja menuju pemanas dan lama

bukaan katup dapat dihitung dengan menggunakan stopwatch. Seperti pada Gambar

[image:38.595.101.513.147.674.2]

3.3 dan 3.4.

(39)

[image:39.595.100.514.95.722.2]

Gambar 3.4 Skema keadaan fluida kerja masuk dengan bukaan katup 0,75 putaran

Pada variasi lama bukaan katup dan kondensor terisi fluida kerja, katup

yang beada di tabung penampung dibuka saat fluida kerja di pemanas sudah habis.

Pada variasi lama bukaan katup hanya terisi udara dan kondensor terisi fluida kerja,

katup tabung penampung dibuka selama 7 detik, 10 detik dan 15 detik dengan suhu

sekitar 122 C. Simulasi variasi terlihat pada gambar dibawah (Gambar 3.5 dan

Gambar 3.6).

(40)

[image:40.595.99.512.100.666.2]

Gambar 3.6 Keadaan kondensor dan pemanas terisi fluida kerja Dietil Eter

Variasi lama bukaan katup dilakukan dengan memutar katup dengan waktu

yang ditentukan . (Gambar 3.7 dan Gambar 3.8).

Gambar 3.7 Variasi lama bukaan katup dengan 2 tabung tekan udara pada

ketinggian air 140 cm dengan ketinggian pipa buang 3,20 m dengan

(41)

[image:41.595.99.508.101.670.2]

Gambar 3.8 Variasi level air tabung tekan udara dengan 2 tabung tekan dan

ketinggian pipa buang 3,20 m dengan saluran tabung tekan atas

Untuk variasi pendingin kondensor dengan menggunakan udara kipas dan

udara alami. (Gambar 3.9 dan Gambar 3.10).

(42)

[image:42.595.99.495.101.598.2]

Gambar 3.10 Variasi pendingin menggunakan udara alami

3.3 Parameter yang diukur

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Temperatur bagian kolektor atas pemanas (� )

2. Temperatur bagian kolektor bawah pemanas (� )

3. Temperatur input pipa kondensor yang mengalir dari tabung

pemanas (� )

4. Temperatur output pipa pemanas yang mengalir ke tabung

pemisah (� )

5. Temperatur output air pendingin kondensor (� )

6. Temperatur output kondensor yang mengalir menuju tabung

tekan (� )

7. Temperatur input pipa pemanas yang mengalir dari tabung

(43)

8. Temperatur input air pendingin kondensor (� )

9. Tekanan pada bagian pemanas (� )

10.Tekanan pada bagian tabung air tekan (� )

11.Tekanan pada bagian tabung udara tekan (� )

12.Kenaikan air pada tabung udara tekan (h)

13.Volume pemompaan (v)

14.Waktu pemompaan (� _�)

15.Waktu pendinginan (� _{� �� } )

Dalam penelitian ini, pengukuran temperatur menggunakan

thermologger. Untuk pengukuran waktu menggunakan stopwatch dan

pengukuran volume menggunakan tampungan air yang disertai alat ukur

. Foto alat ukur thermologger dan manometer ditunjukan pada bagian

[image:43.595.100.514.212.721.2]

lampiran Gambar L.9 dan Gambar L.10.

(44)

3.4 Langkah Penelitian

Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk pengambilan data

penelitian:

1. Persiapan alat-alat dan pembuatan alat seperti pada Gambar 3.1.

2. Pengambilan data dimulai setelah kolektor pemanas bersuhu sekitar 122

°C.

3. Pada variasi lama bukaan katup fluida kerja (dietil eter) mula-mula

dilakukan pengisian fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup 0,75

putaran selama 7 detik ke pemanas kolektor pararel kecil dan kondensor,

menggunakan 2 tabung pipa tekan dengan temperatur 122 °C, dan

pendinginan menggunakan air pompa dan air kran dan menggunakan

saluran tabung tekan atas yang dilakukan sebanyak 3 kali pengambilan

data dengan lama bukaan katup yang berbeda.

4. Data yang dicatat adalah temperatur bagian kolektor atas pemanas

(� ), temperatur bagian kolektor bawah pemanas (� ),temperatur

input pipa kondensor yang mengalir dari tabung pemanas (� ),

temperatur output pipa pemanas yang mengalir ke tabung pemisah

(� ), temperatur output air pendingin kondensor (� ), temperatur

output kondensor yang mengalir menuju tabung tekan (� ), temperatur

input pipa pemanas yang mengalir dari tabung penampung ke pemanas

(� ), temperatur input air pendingin kondensor (� ), tekanan pada

(45)

pada bagian tabung udara tekan (� ), kenaikan air pada tabung udara

tekan (h), volume pemompaan (v), waktu pemompaan (� _�) dan

waktu pendinginan (� _{� �� } ).

5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja

dietil eter, tetapi dengan bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik

dengan temperatur 122 °C menggunakan 2 tabung udara tekan dengan

tinggi air dalam tabung tekan udara 82 cm dengan aliran tabung tekan

atas yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data dengan tinggi air

dalam tabung tekan udara yang berbeda.

6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja

dietil eter, dengan bukaan katup 0,75 putaran selama 15 detik dengan

temperatur 122 °C menggunakan 2 tabung udara tekan dengan aliran

tabung tekan atas dengan pendinginan udara kipas yang dilakukan

sebanyak 2 kali pengambilan data dengan pendinginan yang berbeda.

7. Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1)

(46)

26

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Berikut ini adalah data hasil penelitian yang diperoleh dengan

memvariasikan lama bukaan katup massa fluida kerja 7 detik, 10 detik, 15 detik,

volume tabung tekan pada ketinggian level air 140 cm dan 150 cm, pendinginan

kondensor dengan udara alami dan kipas. Semua variasi menggunakan 2 tabung

tekan dengan ketinggian 3,20 m dan bukaan katup 0,75 putaran. Adapun penjelasan

mengenai penamaan kolom dan baris adalah sebagai berikut:

Baris

Awal : Kondisi saat proses pendinginan selesai dan fluida kerja belum masuk

ke pemanas. Bisa dikatakan awal siklus tekan atau akhir siklus hisap.

Akhir : Kondisi saat proses pemompaan selesai. Terlihat ketika ketinggian air

di tabung udara tekan menurun. Dapat dikatakan sebagai akhir siklus

tekan.

(47)

Kolom

� : Temperatur kolektor pemanas bagian atas.

� : Temperatur kolektor pemanas bagian bawah.

� : Temperatur input pipa kondensor yang mengalir dari tabung

pemanas.

� : Temperatur output pipa pemanas yang mengalir ke tabung

pemisah.

� : Temperatur output air pendingin kondensor

� : Temperatur output kondensor yang mengalir menuju tabung

tekan

� : Temperatur input pipa pemanas yang mengalir dari tabung

penampung ke pemanas

� : Temperatur input air pendingin kondensor

� : Volume udara tekan pada satu tabung.

� : Volume udara tekan pada dua tabung.

� : Tekanan udara di pipa pemanas yang terbaca manometer.

� : Tekanan udara tabung tekan air yang terbaca manometer.

� : Tekanan tabung tekan udarayang terbaca manometer.

� � �� : Lama waktu pendinginan kondensor dengan air kran atau udara.

Dimulai dari awak siklus tekan hingga fluida kembali ke volume

(48)

� : Lama waktu pemompaan.diukur ketika air mulai keluar dari

ujung tertinggi pipa buang sampai air berhenti mengalir.

�ℎ� : Lama waktu penghisapan. Dimulai dari awal penghisapan pompa

benam hingga berhentinya penghisapan pompa benam.

� � � � : Volume air yang keluar dari pipa buang selama siklus

(49)

26

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 123 110 27 33 27 22 41 26 0,1 0,08 0 0 16,2

akhir 102 97 40 34 22 36 37 25 0,51 0,45 0,4 3,2 806,4 6960

t pompa (detik)

t dingin (detik) Kondisi

Temperatur A Temperatur B Tekanan

Head (m)

V sumur (liter)

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 115 109 30 33 26 21 25 25 0,1 0,04 0 0 16,2

akhir 100 99 35 27 22 32 35 28 0,5 0,45 0,4 3,2 421,2 7200

Kondisi

Head (m) V sumur (liter) t pompa (detik) t dingin (detik)

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 118 115 28 30 27 24 49 25 0,1 0,04 0 0 16,2

akhir 98 99 35 27 24 32 35 28 0,51 0,45 0,4 3,2 429 5400

t pompa (detik)

Head (m)

[image:49.842.113.713.123.454.2]

V sumur (liter)

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja 15 detik dan head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Tabel 4.2 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor dengan air pompa dan air keran, Pada level air 140 cm dan bukaan katup 10 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

(50)

27

Tabel 4.6 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor dengan udara kipas, Pada level air 140 cm dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 114 113 29 34 28 27 51 24 0,1 0.09 0 0 16,2

akhir 97 97 35 38 27 34 35 25 0,51 0,45 0,4 3,2 807 9060 Kondisi

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 114 114 26 30 27 24 52 25 0,1 0,1 0,03 0 16,2

akhir 94 97 36 28 24 32 35 24 0,51 0,45 0,4 3,2 600 9000 t pompa

(detik)

Head (m)

V sumur (liter)

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 117 118 27 34 27 24 42 24 0,11 0,1 0,02 0 16,2

akhir 36 102 36 32 24 35 36 24 0,51 0,45 0,4 3,2 690 14280 Kondisi

[image:50.842.117.718.154.445.2]

(51)

28

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

awal 120 110 28 30 27 24 45 26 0,12 0,09 0,03 0 16,2

akhir 104 104 41 37 22 40 43 27 0,51 0,45 0,4 3,2 628,8 13200 t pompa

(detik)

Head (m)

[image:51.842.113.729.154.420.2]

V sumur (liter)

Tabel 4.7 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor dengan udara alami, Pada level air 140 cm dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

(52)

Setelah mendapatkan data, kemudian dapat dilakukan perhitungan untuk

mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal. Perhitungan dibawah ini

menggunakan data pertama pada variasi satu (Tabel 4.1)

Perhitungan yang pertama adalah menghitung daya pompa. Pada

perhitungan ini menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah:

Head = 3,20 m volair = 12,810 liter

� = 1000 kg/m3 tpompa = 806,4 detik

g = 9,81 m/det2

Perhitungan daya pompa adalah:

Ppompa = � g Q H

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

,8 liter

8 6,4 _{) (3,20 meter)}

Ppompa = 0,498 watt

Perhitungan yang kedua adalah menghitung daya pemanas. Pada

perhitungan daya pemanasan menggunakan persamaan umum. Berhubung pemanas

yang saya pakai ini menggunakan enam buah lampu infrared dan parameter sebuah

lampu yang didapat adalah:

Daya lampu : 375 watt

(53)

Untuk menghitung daya pemanas tidak diperlukan sifat-sifat fluida, karena

dalam pemanasan tidak menggunakan fluida pemanas. Sehingga secara langsung

daya pemanas dapat dihitung dengan persamaan umum seperti. Berikut ini adalah

perhitungan daya pemanas :

Ppemanas = � � × � �

Ppemanas = 375 × 6

Ppemanas = 2250 watt

Perhitungan selanjutnya adalah menghitung efisiensi pompa. Untuk

menghitung efisiensi pompa menggunakan Persamaan (2). Di ketahui :

Vol ether cair = 1,2183 liter ρ = 0,7138 kg/m3

Hƒg = 354,05 kj/g Ppompa = 0,498 watt

T pemanas = 7766,4 detik

Penghitungan Massa ether

= (Vether cair. ρ) x 1000

= (1,2183 x 0,7138) x 1000

= 869,636 g

Penghitungan daya input pompa

=ma a e e hfg

= , ,

,

(54)

Penghitungan daya output pompa

Output pompa = Ppompa

= 0,4987 watt

Perhitungan efisiensi pompa:

ɳ =� � �

�� × %

ɳ = ,_, × %

ɳ = 1,257%

Untuk menghitung kompresi udara tekan menggunakan Persamaan (3).

Variabel yang diketahui adalah:

P1 = 1 bar V2 = 5,44 liter

V1 = , liter

Berikut ini adalah perhitunganya:

� = � �_�

� = × , _,

(55)

Perhitungan efisiensi termal dilakukan dengan menggunakan Persamaan (4) sebagai berikut: % 100 ) ( ) ( _  input pemanas output pemanas termal P P



% 100 2250 644 , 39   termal



% 76 , 1  term al 

Untuk menghitung daya keluaran dan daya hisap pompa dengan

perhitungan sebagai berikut:

Di ketahui :

M air pompa = 11,605 liter

ΔT = 7766,4 detik

ΔP3 = 40000 Pa

V tabung tekan = 0,006839109 m3

Waktu hisap = 6806,4 detik

Perhitungan daya yang dikeluarkan :

Daya kluaran = � � .� .ℎ

ΔT

Daya keluaran = , � , � ,

(56)

Daya keluaran = 0,046909885watt

Perhitungan daya hisap:

Daya hisap =� � � .ΔP.

ΔT ak ap

Daya hisap = , .

,

Daya hisap = 0,040192224watt

Dengan cara yang sama seluruh data penelitian dihitung dengan

menggunakan Persamaan (1) sampai Persamaan (4). Berikut ini adalah hasil

(57)

33

Tabel 4.8 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja 15 detik dan head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Kondisi Volume

udara (liter) ∆V (liter) Debit (liter/ menit) P pompa (watt) P pemanas (watt) Efisiensi pompa (%) Efisiensi termal (%) Kompresi udara tekan (bar)

awal 19,1236

[image:57.842.137.734.143.374.2]

akhir 5,4454 0,844 0,9532 0,50 2250 1,26 1,76 3,51

Kondisi Volume

awal 19,1236

[image:57.842.134.735.388.456.2]

akhir 9,2701 0,608 0,6003 0,31 2250 1,10 1,27 2,06

Kondisi Volume

awal 19,1236

akhir 6,0936 0,804 1,0703 0,56 2250 1,27 1,96 3,14

(58)

34

Tabel 4.11 Data penelitian dengan variasi level air 150 cm dan pendinginan kondensor dengan air pompa dan air keran dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Kondisi Volume

awal 17,5029

akhir 2,5930 0,920 0,8406 0,44 2250 1,54 1,27 6,75

Tabel 4.12 Data penelitian dengan variasi level air 145 cm dan pendinginan kondensor dengan air pompa dan air keran dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Kondisi Volume

awal 18,3133

akhir 4,0030 0,883 3,8110 1,99 2250 6,48 1,37 4,57

Tabel 4.13 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor dengan udara kipas, Pada level air 140 cm dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Kondisi Volume

awal 19,1236

akhir 1,8962 1,063 1,1514 0,60 2250 2,87 0,93 10,09

(59)

35

Tabel 4.14 Data penelitian dengan variasi pendinginan kondensor dengan udara alami, Pada level air 140 cm dan bukaan katup 15 detik, head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Kondisi Volume

awal 0,00956

[image:59.842.136.743.168.440.2]

akhir 0,00194 0,94 1,0584 0,55 2250 2,68 0,92 4,92

Tabel 4.15 Data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja 15 detik, 10 detik, 7 detik, dan head pemompaan 3,20 meter dengan menggunakan 2 tabung udara.

Variasi Bukaan katup t pompa (detik) t dingin (detik) v sumur (liter) Debit (liter/menit) P pompa (watt) P pemanas (watt) V air yang di pompa (liter) Efisiensi Pompa % Efisiensi termal % Kompresi udara tekan (bar)

15 806,4 6960 34,410 0,9532 0,50 2250 12,81 1,26 1,76 3,51

10 421,2 7200 41,255 0,6003 0,31 2250 4,21 1,10 1,27 2,06

7 429 5400 39,220 1,0703 0,56 2250 7,65 1,27 1,96 3,14

(60)

4.2 Pembahasan

Untuk data hasil penelitian yang dibandingkan dengan variasi lainya lihat

pada tabel 4.15.

Berikut adalah grafik hasil debit pemompaan, air, daya pemompaan, efisiensi

[image:60.595.100.502.216.606.2]

pompa, efisiensi termal :

(61)

[image:61.595.100.504.119.628.2]

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pemompaan pada variasi bukaan katup 15 detik, 10 detik, dan 7 detik, dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter.

(62)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan efisiensi termal pada variasi bukaan katup 15 detik, 10 detik, dan 7 detik, dengan menggunakan 2 tabung tekan udara, dan tinggi pipa buang 3,20 meter.

Hasil penelitian menyatakan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar

4.3, Gambar 4.4, terlihat perbandingan debit pemompaan, daya

pemompaan, efisiensi pompa dan efisiensi termal. Pada perbandingan debit

pemompaan di variasi bukaan katup 7 detik ini lebih cepat dibandingkan

dengan bukaan katup 15 detik dan 10 detik. Karena cepatnya debit

pemompaan ini dipengaruhi oleh seimbangnya massa fluida kerja yang

masuk dan keluar dari pipa pemanas. Sehingga temperatur pada kolektor

pemanas tidak turun secara dratis (drop). Begitu pula pada air yang dihisap

oleh pompa berbanding lurus dengan lama bukaan katup fluida kerja.

Semakin besar lama bukaan katup fluida kerja maka semakin besar pula air

yang dihisap oleh pompa. Karena hasil tekanan dari tabung tekan yang

tinggi sehingga menyebabkan tekanan di tabung tekan kembalinya cepat.