i
UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL
MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA DIETIL ETER DENGAN
PEMANAS KOLEKTOR SERI
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
ANTONIUS PUTRA WAHYUDI NIM : 115214076
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF DIETHYL ETHER WORKING
FLUIDSTHERMAL ENERGY WATER PUMP
WITH SERIAL COLLECTOR HEATER
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
Presented by:
ANTONIUS PUTRA WAHYUDI
NIM : 115214076
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2015
TUGAS
AKIIIR
I.INJUK
KERJA
POMPAAIR
ENERGITERMAL
DENGANFLUIDA KERJA
DIETIL
ETER MEIYGGTNAKAN PEMANASKOLEKTOB SEBI
Pembimbing,
nub6i,
s.si, M.siTINJUK KERJA POMPA
AIR
ENERGITERMAL
MENGGUT}*AKAFI
FIJIDA
KE,RJADIf,TIL
S,TE,R DENGAN PEMANASKOLEKTOR
SERIDipersiapkan dan ditulis oleh:
Antonius Putra Wahyudi NIM. 1T5T4476 Panitia Penguji 1-s Ta&data$wn Sekertaris Anggota Yogyakarta,22 Jurrrt2015
D. ekan Fak$ltas S.ains darr Teknologr
lv tanegel 22
rffi
PERNYATAAN KEASLIAN
TUGAS
AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir yang
saya tulis dengan judul :
UNJUK
KERJA POMPA
AIR
ENERGI
TERMAL
MENGGUNAKAN
FLUIDA KERJA
DIETIL
ETER DENGAN
PEMANAS
KOLEKTOR
SERI
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk menjadi Sarjana teknik pada Program Strata-1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas anata Dharma. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir yang sudah dipublikasi di universitas Sanata Dharma atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarla, 22 luni 2015 Penulis,
PUBLIKASI KARYA
ILMIAH
UNTUK I(EPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Urrir"rritm Sanata Dharma:
Nama : Antonius Putra Wahvudi
NomorlndukMahasiswa
: 115214016Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
UNJUK
KERJA POMPA
AIR
ENERGI
TERMAL
MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA
DIETIL
ETER
DENGAN
PEMANAS KOLEKTOR
SERI
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di intemet atau media lain untuk kepentingan akademis, tanpa perlu meminta tzin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian ini pernyataan yang saya buat dengan sebenamya.
Yogyakafia,22 Juni 2075
V1
vii
INTISARI
Air sangat penting bagi mahluk hidup. Air yang bearada di bawah tanah sulit dijangkau sehingga memerlukan sebuah alat pompa air. Tujuan penelitian adalah membuat pompa air energi termal menggunakan kolektor seri untuk mengetahui debit pemompaan, daya pemompaan, efisiensi pompa, dan efisiensi termal yang dihasilkan pompa.
Variasi yang di teliti adalah lama bukaan katup fluida kerja (10 detik, 15 detik, 20 detik), variasi pendinginan pada kondensor menggunakan air yang terpompa, air kran, dan kipas. Parameter yang diukur adalah temperatur plat atas kolektor, temperatur plat bawah kolektor, temperatur input kolektor, temperatur output kolektor, temperatur output pendinginan kondensor, temperature output kondensor, temperatur input kondensor, temperature kondensor, tekanan udara pipa pemanas, tekanan air pada tabung air tekan, tekanan udara pada tabung tekan udara, alat ukur untuk mengukur temperatur menggunakan termologer dan alat ukur untuk mengukur tekanan menggunakan manometer.
Data dari hasil penelitian pompa air termal kolektor seri menunjukkan hasil daya pemompaan dan debit pemompaan yang terbaik adalahpompa air termal kolektor seri dengan variasi pendinginan menggunakan air terpompa dan udara alami dengan daya pompa sebesar 3,338 watt dan debit pemompaan 6,475 liter/menit. Pompa air energi termal dengan hasil efisiensi yang terbaik adalah pompa air termal kolektor seri dengan variasi bukaan katup fluida ether 10 detik yaitu 3,303%.Pompa air energi termal dengan hasil efisiensi termal yang terbaik adalah pompa air termal berkolektor seri dengan variasi bukaan katup fluida 20 detik yaitu 5,01%.
Kata kunci : Pompa termal, kolektor seri, efisiensi pompa, efisiensi termal, daya pemompaaan, debit pemompaan.
viii
ABSTRACT
Water is essential for living. Water pump is an equipment to raise water from the ground. The research objective is to make the water pump using a thermal energy with series collector, to determine discharge pumping, pumping power , pump efficiency , and thermal efficiency of the pump.
Variation was conducted onworking fluidvalve opening (10 seconds, 15 seconds, 20 seconds), condenser cooling using pumped water, taps water , and a fan. Parameters measured were the temperature of the collector platetop, the temperature of collector platebottom, the temperature of collector inlet, temperature ofcollector outlet, condensertemperature, temperature of condenser outlet,air pressure of heating pipes, the pressure ofwater tubes , the pressure of pressure tube, temperature measuring devices using termologer and use a pressure gauge manometer.
The data show that the best pumping resault and discharge pumping poweriswater pumping water and natural air cooling with of 3.34 watts pumping powerand of 6.48 liters / minute discharge. The best efficiency thermal energyis the result of a water pump thermal collectors series with a variety of valve opening 10 seconds of fluid ether is 3.303 %, the best thermal efficiency thermal water pump is a thermal water pump with a variation of the fluid valve opening 20 seconds is 5.01 %.
Keywords : thermal pumps, series collectors, efficiency pumps, thermal efficiency, power pump, discharge pump.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus, Penuntunku atas segala berkat dan rahmat yang diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyusun skripai ini untuk menyelesaikan tugas akhir. Skripsi ini sebagai salah satu syarat wajib untuk setiap mahasiswa jurusan Teknik Mesin agar mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Selamapenelitian, penulisan dan penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapatkan bimbingan, bantuan, sarana, dukungan, semangat dan doa dari berbagai pihak untuk menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu, 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 yang memberikan bimbingan, kerja sama, dukungan kepada penulis selama penulis berada di Program Studi Teknik Mesin.
3. Ir. Rines, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademi yang memberikan saran dan kritik, kerja sama, nasihat, dukungan dan bimbingan selama penulis berada di Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
4. A. Prasetyadi, M.Si. selaku DosenPembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, waktu, kerja sama, semangat, dukungan, nasihat dan membantu penulis selama menyelesaikan penyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas kerja sama, bantuan, bimbingan yang di berikan selama penelitian.
6. Keluarga saya tercinta, Bapak saya yang saya banggakan dan sayangi Fransiskus Xaverius Walidi dan Ibu saya Dra. Fransiska Muji Lestari yang
x
saya sayangi, cintai dan adik saya Agatha Ratna Pratiwi yang saya sayangi yangselalu memberi kepercayaan dan dukungan baik material maupun spiritual kepada saya hingga saat ini.
7. Keluarga besar yang berada di Klaten Jawa Tengah, untuk bude, pakde, simbah, mamas, mbak, bulek, oom dan semua yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang selalu memberikan dukungan baik moril dan materil kepada saya selama saya tinggal di Yogyakarta.
8. Segenap dosen dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma yang memberikan bimbingan dan semangat serta memberi fasilitas sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi saya ini.
9. Bagas Waras Hartanto, Candra Dwi Wichaksana, Deni Sulistiyawan, selaku rekan kelompok saya, yang telah membantu dalam perancangan, dan pembuatan proposal.
10.Ignatia Yulistyowati tersayang yang selalu memberikan semangat, perhatian, doa, dukungan, kritik, saran, waktu, ocehan, dan bantuannya agar skripsi ini segera terselesaikan.
11.Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 selaku teman seperjuangan yang memberi semangat, fasilitas, dukungan moril dan doa dalam kelancaran penelitian ini.
Penulis menyadari dalam penulisan proposal masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk meningkatkan kualitas skripsi ini. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga proposal ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Penulis,
xi DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
TITTLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ...xv BAB I PENDAHULUAN ...1 1.1 Latar Belakang ...1 1.2 Rumusan Masalah ...3 1.3 Tujuan Penelitian ...5 1.4 Manfaat Penelitian ...5 1.5 Batasan Masalah ...6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...7
2.1 Dasar Teori...7
2.2 Persamaan yang Digunakan ...9
2.3 Penelitian Terdahulu ...11
xii
3.1 Skema Alat ...13
3.2 Variabel yang Divariasikan...17
3.3 Parameter yang Diukur ...24
3.4 Langkah Penelitian ...25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...28
4.1 Hasil Penelitian ...27 4.2 Pembahasan...42 BAB V PENUTUP ...48 5.1 Kesimpulan ...48 5.2 Saran ...49 DAFTAR PUSTAKA ...50 LAMPIRAN ...51
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 29 Tabel 4.2 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 29 Tabel 4.3 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 30 Tabel 4.4 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 30 Tabel 4.5 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 31 Tabel 4.6 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida
kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 31 Tabel 4.7 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan menggunakan
kran + air terpompa dengan bukaan katup 0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 32 Tabel 4.8 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan menggunakan
hasil pompa + udara alami dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara... 32 Tabel 4.9 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan menggunakan
hasil kipas dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tektan udara... 33 Tabel 4.10 Rata- Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup
fluida kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 39
xiv
Tabel 4.11 Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakkan 2 tabung tekan udara... 39 Tabel 4.12 Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan
katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 39 Tabel 4.13 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja
dietil eter menggunakan air kran+air terpompa dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 40 Tabel 4.14 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja
dietil eter menggunakan air terpompa + udara alami dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 40 Tabel 4.15 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja
dietil eter menggunakan kipas dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 40 Tabel 4.16 Hasil data perhitungan pada penelitian dengan variasi bukaan
katup fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup 0,75 selama 20, 15, 10 detik yang dirata-ratakan. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 41 Tabel 4.17 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja
dietil eter menggunakan kran + air terpompa, air terpompa + udara alami, dan kipas dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara... 41
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Skema alat ...13
Gambar 3.2 Tabung pemisah fluida kerja cair dan gas ...15
Gambar 3.3 Skema tabung pemisah fluida kerja cair dan gas ...15
Gambar 3.4 Pendinginan kondensor menggunakan air pompa dan air kran ..18
Gambar 3.5 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pompa dan udara alami ...18
Gambar 3.6 Pendinginan kondensor menggunakan kipas ...19
Gambat 3.7 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 20 detik ...19
Gambar 3.8 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 15 detik ...20
Gambar 3.9 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 10 detik ...20
Gambar 3.10 Bukaan katup dietil eter 15 detik dengan pendingin air pompa dan kran ...21
Gambar 3.11 Bukaan katup dietil eter 15 detik dengan pendingin kipas ...21
Gambar 3.12 Katup kedua tabung tekan terbuka ...22
Gambar 3.13 Ketinggian Head pompa 3,20 m ...22
Gambar 3.14 Posisi alat ukur ...23
Gambar 4.1 Grafik variasi lama bukaan katup terhadap rata-rata debit pemompaan menggunakan kolektor seri ...42
Gambar 4.2 Grafik variasi lama bukaan katup dietil eter terhadap rata-rata daya pemompaan menggunakan kolektor seri ...42
Gambar 4.3 Grafik variasi lama bukaan katup dietil eter terhadap rata-rata efisiensi pompa menggunakan kolektor seri ...43
Gambar 4.4 Grafik variasi lama bukaan katup dietil eter terhadap rata-rata efisiensi termal menggunakan kolektor seri ...43
xvi
Gambar 4.5 Grafik variasi pendinginan terhadap debit pemompaan
menggunakan kolektor seri ...45
Gambar 4.6 Grafik variasi pendinginan terhadap daya pemompaan Menggunakan kolektor seri...45
Gambar 4.7 Grafik variasi pendinginan terhadap efisiensi energi pompa menggunakan kolektor seri ...46
Gambar 4.8 Grafik variasi pendinginan terhadap efisiensi termal Menggunakan kolektor seri...46
Gambar L.1 Kolektor pemanas seri ...51
Gambar L.2 Tabung pemisah uap ...51
Gambar L.3 Tabung air tekan ...51
Gambar L.4 Bohlam pemanas...51
Gambar L.5 Kondensor ...52
Gambar L.6 Tekanan P1 ...52
Gambar L.7 Tabung tekan udara ...52
Gambar L.8 Kipas pendingin kondensor ...53
Gambar L.9 Tabung penampung dietil eter ...53
Gambar L.10 Termokopel ...53
Gambar L.11 Ketinggian head pompa ...54
Gambar L.12 Bak penampung bawah ...54
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Setiap makhluk hidup membutuhkan sumber makanan untuk bertahan hidup. Sumber makanan terbaik ialah berasal dari alam. Alam memiliki berbagai macam sumber daya alami yang berisi semua yang diperlukan makhluk hidup. Sumber daya alami yang pada umumnya dapat dimanfaatkan sebagai bahan makanan ialah tumbuhan, hewan dan air. Sumber tersebut dapat diolah menjadi berbagai bentuk kebutuhan yang diperlukan makhluk hidup untuk memperoleh energi. Oleh karena itu, makhluk hidup wajib untuk merawat dan menjaga semua sumber daya alam demi kelestarian alam.
Salah satu sumber daya alam yang terpenting bagi makhluk hidup ialah air. Air adalah suatu sumber daya alami yang sangat penting bagi kehidupan makhluk hidup. Peran air yang tidak bisa digantikan adalah sebagai air minum. Akan tetapi sumber air sering dijumpai dengan keadaan yang tidak diinginkan. Misalnya sumber air yang berada jauh di bawah yang sulit untuk digunakan dalam kehidupan.
Di zaman sekarang kendala tersebut sudah bisa teratasi berkat kemajuan manusia dalam mengembangkan sebuah alat. Manusia membuat alat yang dapat memindahkan air dari suatu tempat ke tempat lainnya dengan bantuan sebuah alat bantu yaitu pompa air. Pompa air yang sering di jumpai
ada dua yaitu pompa air modern dan pompa air tradisional. Pompa air modern sudah sering dijumpai pada masyarakat sekarang ini dan sudah lebih banyak berkembang. Pompa air ini bisa digerakkan dengan menggunakan sumber tenaga listrik ataupun menggunakan sumber bahan bakar, selanjutnya pompa air yang dilakukan secara tradisional, tetapi pompa jenis ini di zaman sekarang dianggap sudah tidak begitu efisien, itu dikarenakan pengoperasiannya yang masih menggunakan manual (tenaga manusia) serta memakan waktu yang lebih lama hanya untuk memindahkan air dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan. Pompa air modern dengan menggunakan listrik dan bahan bakar dapat dikatakan lebih efisien di zaman sekarang karena tidak dikerjakan secara manual dan tidak memakan waktu yang lebih lama, sehingga pompa air modern banyak digunakan di zaman sekarang ini. Akan tetapi, pompa air modern belum bisa dikatakan efisien apabila pompa tersebut ditempatkan pada daerah-daerah terpencil yang belum memiliki sumber listrik dan masih sulit mendapatkan bahan bakar sebagai sumber penggerak pompa tersebut. Faktor inilah yang menyebabkan daerah-daerah terpencil sulit untuk bisa mendapatkan pasokan air yang mencukupi untuk keperluan mereka sehari-hari.
Salah satu cara yang dapat digunakan untuk membantu mengurangi masalah tersebut adalah dengan melakukan suatu terobosan baru dalam memanfaatkan energi yang ada yang sudah tersedia dari alam seperti energi dari sinar matahari yang kemudian bisa dijadikan energi termal. Energi termal disebut dengan energi panas. Energi panas dapat diperoleh dengan berbagai cara, salah satu caranya ialah memanfaatkan panas dari sumber
energi surya dari alam yaitu matahari. Energi surya dapat ditemukan dengan mudah di dalam kehidupan sehari-hari karena selalu ada setiap harinya dan ada di setiap daerah-daerah terpencil di Indonesia, sehingga energi inilah yang akan dimanfaatkan untuk dapat menjadi energi utama dalam sumber penggerak pompa air sehingga dapat digunakan dalam wilayah terpencil sekalipun.
1.1 Rumusan Masalah
Penelitian ini menggunakan media kolektor seri yang dipanaskan dengan 6 buah bohlam lampu, untuk mengoperasikan pompa air dengan sistem termodinamik maka diperlukan juga fluida kerja untuk pemompaan. Penelitian ini menggunakan fluida kerja dietil eter. Ketika proses penguapan yang terjadi akibat pemanasan melalui pemanasan pada kolektor seri dengan pemanas 6 buah bohlam lampu yang memanaskan fluida kerja (dietil eter), akan terjadi proses penguapan fluida kerja, ketika proses penguapan tersebut tekanan fluida kerja akan naik sehingga pompa dapat memompa ke tempat yang membutuhkan air. Sedangkan pada saat fluida kerja mengalami pengembunan tekanan fluida kerja akan turun, penurunan tekanan ini digunakan untuk membawa air dari sumber air ke dalam pompa. Proses tersebut memerlukan suatu energi panas untuk penguapan dan pendinginan untuk pengembunan. Energi panas dapat diperoleh dari energi surya sedangkan pada pendinginan dapat diperoleh dari udara yang bergerak dan air. Kinerja pompa tergantung pada proses penguapan fluida kerja dan pengembunan fluida kerja. Penguapan dan pengembunan juga ditentukan
oleh sifat fluida kerja, massa fluida kerja dan beban (head) pemompaan. Perumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Fluida kerja yang digunakan harus dapat memenuhi kriteria yang mudah untuk menguap dan mudah untuk diembunkan. Fluida kerja yang digunakan adalah dietil eter yang bertitik didih 35 oC dan memiliki massa jenis 0.713gr/ml.
2. Banyaknya massa fluida kerja juga dapat mempengaruhi sistem pemompaan. Dengan massa fluida yang lebih banyak menghasilkan tekanan yang lebih besar tetapi proses penguapan yang lama. Penelitian ini meneliti besarnya pengaruh massa dietil eter yang digunakan terhadap kerja pompa air dengan sistem termodinamik.
3. Beban pemompaan dapat mempengaruhi kecepatan penguapan fluida kerja sehingga dapat berpengaruh pada kinerja pompa. Penelitian ini akan meneliti pengaruh beban pemompaan tersebut pada kinerja pompa air termodinamik.
4. Penelitian ini meneliti pengaruh volume udara tekan dengan jumlah yang berbeda yang terkompresi pada tabung udara tekan terhadap kinerja pompa air termodinamik.
5. Penelitian ini meneliti pengaruh volume udara pada panas dan pada kondensor terhadap kinerja pompa air termodinamik.
1.2 Tujuan
Tujuan dalam penelitian ini:
1. Membuat pompa air energi thermal dengan fluida kerja dietil eter dengan sumber pemanas 6 buah bohlam lampu yang digunakan untuk memanaskan kolektor seri.
2. Meneliti daya pemompaan maksimum. 3. Meneliti debit pemompaan maksimum. 4. Meneliti efisiensi maksimum pompa. 5. Meneliti efisiensi maksimum kolektor.
1.3 Manfaat
Manfaat pada penelitian ini:
1. Menambah pengetahuan teknologi pompa air yang menggunakan energi termal.
2. Dapat memanfaatkan sumber daya alami.
3. Dapat mengurangi penggunaan bahan bakar dan energi listrik dalam pengoperasian pompa air.
4. Dapat digunakan di daerah-daerah yang sulit mendapatkan sumber listrik dan bahan bakar.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah penelitian ini adalah:
1. Pada penelitian ini dibuat pompa air energi termal dengan pemanasan menggunakan 6 buah bohlam lampu dengan 350 watt per bohlamnya yang digunakan sebagai sumber panas dengan cara memanaskan kolektor pipa seri.
2. Tekanan udara untuk perhitungan kompresi udara. Udara sekitar diasumsikan bertekanan 1 bar.
3. Variasi yang akan dilakukan bukaan katup fluida (dietil eter) menggunakan 2 tabung tekan udara.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Energi surya dapat digunakan untuk pemanas pada sistem pompa air energi termal. Terdapat dua metode dalam pemanfaatan energi surya agar dapat menghasilkan energi mekanik. Dua metode tersebut ialah: metode konversi dan metode termodinamik. Pada metode konversi, energi surya langsung dikonversikan menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan dari energi listrik digunakan untuk menggerakan pompa air termal. Pengkonversian energi surya ke tenaga listrik tersebut menggunakan photovoltaic atau thermoelektrik. Pada metode termodinamik alat yang digunakan untuk mengumpulkan energi termal tenaga surya adalah kolektor termal, baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal inilah yang digunakan untuk menaikan tekanan dan temperatur fluida kerja yang dapat memompa air. Fluida kerja dengan tekanan dan temperatur yang tinggi ini akan dimanfaatkan untuk menghasilkan energi mekanik baik langsung maupun tidak langsung. Energi mekanik yang telah dihasilkan akan dimanfaatkan untuk menggerakan pompa air konvensional (dengan siklus Rankine, Brayton atau Stirling) dan pompa air yang didisain dengan desain khusus. Pompa air dengan disain khusus dapat dikelompokan berdasarkan
media pendingin uap fluida kerjanya yaitu menggunakan pendinginan air atau udara.
Komponen yang utama pada pompa air energi termal ini adalah penggerak pompa air, pompa air dan kondensor. Pompa air yang digunakan ialah jenis pompa air benam. Pompa air benam ini selalu terletak dibawah pemukaan air. Kondensor digunakan untuk mempercepat proses pendinginan. Pendinganan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan menggunakan fluida air dan udara. Pada penelitian ini kondensor yang digunakan adalah pipa tembaga yang berbentuk spiral. Pada penggerak pompa air, terdapat penampung fluida kerja cair dan pemanas fluida kerja. Selain pemanasan dengan energi surya tenaga termal fluida kerja juga bisa dipanaskan menggunakan media kolektor, dalam penelitian kali ini digunakan media kolektor seri yang dipanaskan dengan cara disinari oleh lampu berjumlah 6 buah lampu dimana 1 buah bohlam lampu tersebut berkapasitas 350 watt. Pada penelitian ini, fluida kerja yang digunakan adalah fluida kerja dietil eter.
Prinsip kerja pompa air pada penelitian ini adalah sebagai berikut, Bagian katub pemanas fluida kerja yang menampung fluida kerja cair (dietil eter) dibuka. Fluida kerja (dietil eter) cair masuk ke bagian pemanas yang berbentuk seri dan terpanasi oleh lampu yang kemudian akan menguapkan dietil eter yang berbentuk cair tersebut menjadi uap. Dietil eter yang telah berubah menjadi uap akan mendorong dan memberi tekanan hingga melewati kondensor berbentuk spiral yang terhubung ke tabung udara tekan. Proses kompresi terjadi di tabung udara tekan ketika uap fluida kerja (dietil
eter) terbentuk. Setelah itu, air di pompa benam akan terpompa ke atas itu terjadi selama tekanan di dalam tabung tekan mengalami kenaikan tekanan. Air yang terpompa pada pompa benam akan mengalir ke dalam bak penampung atas. Proses mengalirnya air dari pompa benam ke bak penampung atas tersebut disebut sebagai langkah tekan. Sebagian air yang terdapat pada bak penampungan akan mengalir ke kondensor. Akibat di permukaan kondensor teraliri air maka di dalam kondensor mengalami pendinginan sehingga uap yang menguap pada waktu proses pemanasan akan mengalami pengembunan. Proses pengembunan inilah yang menyebabkan tekanan pada sistem akan mengalami penurunan. Penurunan tekanan ini menyebabkan air di dalam sumber air terhisap ke dalam pompa benam sehingga proses tersebut dapat disebut dengan proses hisap. Dalam satu siklus pemompaan terdiri dari satu langkah tekan dan satu langkah hisap. Siklus pemompaan akan terus berlangsung selama masih ada energi panas yang cukup untuk kembali menguapkan fluida kerja (dietil eter) agar dapat melakukan pemompaan air kembali.
2.2 Persamaan yang Digunakan
Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal ini dibutuhkan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem pompa air ini. Unjuk kerja pompa air energi termal di antaranya 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
gQH
(1)
Q =
dengan adalah daya pemompaan, ρ adalah massa jenis air, g adalah percepatan gravitasi
,
Q adalah debit pemompaan,
H adalah head pemompaan.Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya output pompadengan daya input pompa. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
(2)
P.output pompa = daya pompa
P.output pompa =
Kompresi udara tekan adalah besarnya tekanan yang terjadi akibat perubahan volume udara didalam tabung tekan pada massa udara tetap. Untuk dapat menghitung kompresi udara tekan ditabung tekan maka menggunakan persamaan sebagai berikut.
p1 adalah tekanan udara awal, p2 adalah kompresi udara tekan, V1
adalah volume udara awal, dan V2 adalah volume udara akhir.
Efisisensi termal adalah perbandingan antara daya pemanas output dengan daya pemanas input, efisiensi termal dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
% 100 ) ( ) ( input pemanas output pemanas termal P P (4)
P pemanas output = daya input pompa
P pemanas input = daya lampu
2.3 Penelitian Terdahulu
Pada penelitian pompa air energi surya termal menunjukkan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap fluida kerja dipengaruhi oleh debit dan temperatur air pendingin yang masuk ke dalam kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian prototipe pompa air energi surya termal dengan siklus Rankin menggunakan fluida kerja refrijeran R 113 diuji untuk mengetahui cara kerjanya (Spindler et. al., 1996). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal yang menggunakan dua fluida kerja, yaitu n-pentane dan etil eter menunjukkan bahwa efisiensi pompa dengan etil eter lebih tinggi 17% dibanding n-pentane pada head 6 m (Wong, 2000). Penelitian pompa air energi surya menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 dengan fluida kerja etil eter menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 liter/hari
tergantung dari ketinggian head pemompaan (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,34-0,42% (Wong, 2001b). 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).
13
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1 Skema Alat
Pompa air energi termal yang di buat ini bekerja dengan cara memanfaatkan panas kolektor pipa seri yang dipanaskan dengan bohlam lampu pemanas sebanyak 6 buah bohlam lampu yang berdaya 375 watt/buah sebagai sumber panas. Pompa air energi termal ini menggunakan dietil eter sebagai fluida kerjanya. Berikut ini adalah gambar skema alat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skema alat
1 13 15 8 9 6 1 4 1 3 5 14 2 7 11 10 12
Bagian-bagian utama pada alat penelitian di Gambar 3.1 :
1. Pipa tembaga dengan diameter ½ inchi sepanjang 5,20 m dipasang secara seri dan diletakan pada pelat tembaga seperti pada Gambar L.1. 2. Plat tembaga sebagai penampang kolektor seperti pada Gambar L.1. 3. Lampu pemanas sebanyak 6 buah lampu seperti pada Gambar. L.4. 4. Tabung pemisah uap terbuat dari stainless steel dengan ukuran
diameter 10 cm dan tinggi 15,5 cm seperti pada Gambar L.2.
5. Penampung dietil eter cair dengan diameter 15 cm, tinggi 20 cm terbuat dari stainless steel seperti pada Gambar L.9.
6. Kipas pendingin kondensor seperti pada Gambar. L.8.
7. Kondensor spiral dari stainless steel diameter ¾ inci dengan panjang 8 m seperti pada Gambar. L.5.
8. Tabung air tekan, dengan diameter 40 cm, tinggi 100 cm dan terbuat dari plat baja dengan tebal 1 mm seperti pada Gambar. L.3.
9. Katup bukaan air kran.
10.Tabung tekan udara dari pipa PVC diameter 4 inci, tinggi 2 m seperti pada Gambar. L.7.
11.Pipa PVC diameter ¾ inchi dengan panjang 2m.
12.Pompa benam, terbuat dari PVC diameter 4 inci, panjang 2 seperti pada Gambar. L13.
13.Katup searah pada sisi tekan.
14.Bak penampung bawah seperti pada Gambar L.12. 15. Head pompa setinggi 3,2 m seperti pada Gambar L.11.
Pompa air termal ini terdapat tabung pemisah uap yang berguna untuk meminimalisir fluida kerja cair yang ikut terbawa uap supaya dapat terpisah sesuai Gambar 3.2.
Gambar. 3.2 Tabung pemisah fluida kerja cair dan gas
Gambar. 3.3 Skema tabung pemisah
Dietil eter cair Uap dietil eter
Sistem kerja pompa air energi termal pada penelitian ini bekerja pada saat pemanasan pipa tembaga yang disusun secara seri dan dipasang di penampang plat datar yang terpanasi oleh lampu yang berjumlah 6 buah bohlam lampu. Pemanasan menggunakan lampu yang dinyalakan menggunakan listrik hingga mencapai panas 114°C. Setelah mencapai pemanasan yang cukup, katup dibuka sehingga fluida kerja (dietil eter) akan mengalir masuk ke dalam pipa tembaga seri yang dan akan mengalami penguapan. Uap dietil eter yang telah terpanasi akan masuk ke tabung pemisah fluida kerja. Di tabung pemisah uap ini, dietil eter yang masih cair akan terdorong sampai tabung pemisah yang akan memisahkan antara uap dan dietil eter yang masih cair. Dietil eter yang masih cair akan dikembalikan ke pemanas dan uap dietil eter yang terpanaskan kemudian akan mengalir masuk ke kondensor. Dietil eter yang menguap tersebut selanjutnya akan menuju tabung tekan air dan akan memberikan tekanan di tabung tekan air. Air yang tertekan uap dietil eter pada tabung tekan akan memberi tekanan yang menuju tabung tekan udara. Di tabung tekan udara, air mengalami kenaikan dan menyebabkan terjadinya kompresi. Pada saat udara terkompresi, pompa benam bekerja dan katup searah pada sisi tekan akan membuka, karena mendapat tekanan dari air yang terpompa sampai tangki air out put. Pada saat proses pendinginan, udara kipas dan air hasil pompa dibantu dengan air kran di alirkan ke pipa kondensor agar suhu pemanasan menurun. Dengan demikian uap dietil eter yang berada di kondensor akan mengembun. Pengembunan ini dapat
menyebabkan tekanan menurun dan air yang berada di tabung tekan udara juga akan menurun. Pada saat penurunan air pada tabung tekan udara dan penurunan tekanan, katup searah sisi hisap di pompa benam terbuka dan akan mulai bekerja sehingga akan terjadi proses penghisapan air dari sumur. Siklus pemompaan akan terus berlangsung selama masih ada energi panas yang cukup untuk kembali menguapkan dietil eter agar dapat melakukan pemompaan air kembali.
3.2 Variasi Variabel
Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dan pendinginan uap fluida kerja (dietil eter) pada kondensor menggunakan air pompa + air keran, air pompa + udara alami, dan kipas dengan ketinggian pipa buang 3,20 m. 2. Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140
cm dan bukaan katup ¾ selama 20 detik, 15 detik, 10 detik dengan pendinginan uap fluida kerja pada kondensor menggunakan air pompa dan air kran.
3. Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dan bukaan katup 15 detik dan variasi pendinginan menggunakan air pompa + air keran, air pompa + udara alami, dan kipas.
Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dan pendinginan uap fluida kerja pada kondensor menggunakan air pompa + air keran, air pompa + udara alami, dan kipas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4, Gambar 3.5, Gambar 3.6.
Gambar. 3.4 Pendinginan kondensor menggunakan air pompa dan air kran.
Gambar 3.5 Pendinginan kondensor menggunakan air hasil pompa dan udara alami Air hasil pompa Udara alami Kondensor Air hasil pompa Air Kran Kondensor
Gambar 3.6 Pendinginan kondensor menggunakan kipas.
Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dan bukaan katup ¾ selama 20 detik, 15 detik, 10 detik seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7, Gambar 3.8, dan Gambar 3.9.
Gambar 3.7 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 20 detik
Kipas
Kondensor
Level air 140cm
Gambar 3.8 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 15 detik.
Gambar 3.9 Bukaan katup dietil eter ¾ selama 10 detik.
Level air 140cm
Level air 140cm Bukaan katup 15 detik
Variasi dengan 2 tabung tekan udara pada ketinggian air 140 cm dan bukaan katup 15 detik dan variasi pendinginan menggunakan air pompa + air keran, air pompa + udara alami, dan kipas seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10, Gambar 3.11 dan Gambar 3.12
Gambar 3.10 Bukaan katup dietil eter 15 detik dengan pendinginan air pompa dan kran.
Gambar 3.11 Bukaan katup dietil eter 15 detik dengan pendingin kipas.
Level air 140cm Bukaan katup 15 detik Kondensor Air pompa Air kran Kipas Bukaan katup 15 detik Level air 140cm
Tabung tekan yang digunakan dalam penelitian ini semua menggunakan variasi 2 tabung tekan dan head pompa 3.20 m. Gambar 3.12. dan gambar 3.13.
Gambar. 3.12 Katup kedua tabung tekan terbuka.
Gambar. 3.13 Ketinggian Head pompa 3,20.
Kran atas tabung tekan terbuka keduanya
Kran bawah tabung tekan terbuka keduanya
3.3 Parameter yang diukur
Gambar 3.14 Posisi alat ukur Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. T1(A) : Temperatur pada plat atas. 2. T2(A) : Temperatur pada plat bawah. 3. T3( A) : Temperatur pada input kondensor. 4. T4(A) : Temperatur pada output evaporator. 5. T1(B) : Temperatur pada output pendinginan air
kondensor.
6. T2(B) : Temperatur pada output kondensor. 7. T3(B) : Temperatur pada input evaporator. 8. T4(B) : Temperatur pada air di kondensor. 9. Tekanan pada bagian pemanas ( )
P1 P2 P3 h Vap Vat T1(A) T4( A) T4(B) T1(B) T3(A) T2(A) T2(B) T3(B)
10. Tekanan pada bagian tabung fluida kerja (dietil eter) ( ) 11.Tekanan pada Tekanan pada bagian tabung udara tekan ( ) 12.Kenaikan air pada tabung udara tekan (h)
13.Volume pemompaan (Vap) 14.Volume air terhisap (Vat) 15.Waktu pemompaan ( ) 16.Waktu pemanasan ( ) 17.Waktu pendinginan ( )
Pada penelitian ini, pengukuran temperatur menggunakan thermologger sedangkan untuk pengukuran waktu menggunakan stopwatch. Dan pengukuran volume menggunakan bak penampung dan alat ukur meteran.
3.4 Langkah Penelitian
Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk pengambilan data penelitian :
1. Persiapkan alat pompa air termal.
2. Panaskan kolektor seri dengan lampu pemanas.
3. Pengambilan data dimulai saat temperatur pada kolektor sudah mencapai 114°C.
4. Pada variasi bukaan katup fluida kerja (dietil eter) mula-mula dilakukan pengisian fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup ¾ selama 20 detik ke pemanas kolektor seri dan
kondensor, menggunakan 2 tabung pipa tekan, dengan pendinginan menggunakan air pompa dan air kran yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data.
5. Data yang dicatat adalah 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 ( ), tekanan pada bagian pemanas ditujukkan pada ( ), tekanan pada bagian tabung air tekan ditunjukkan pada ( ), tekanan pada bagian tabung udara tekan ditunjukkan pada ( ), kenaikan air pada tabung udara tekan (h), volume pemompaan (v), waktu pemompaan
( ), waktu pemanasan ( ) dan waktu pendinginan
( ).
6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja dietil eter, tetapi dengan bukaan katup ¾ selama 15 detik ke pemanas kolektor seri dan kondensor, menggunakan 2 tabung pipa tekan, dengan pendinginan menggunakan air pompa dan air kran yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data.
7. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup ¾ selama 10 detik ke pemanas kolektor seri dan kondensor, menggunakan 2
tabung pipa tekan, dengan pendinginan air pompa dan air kran yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data.
8. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup ¾ selama 15 detik ke pemanas kolektor seri dan kondensor, menggunakan 2 tabung pipa tekan, dengan pendinginan air pompa dan udara alami yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data.
9. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi pengisian fluida kerja dietil eter dengan bukaan katup ¾ selama 15 detik ke pemanas kolektor seri dan kondensor, menggunakan 2 tabung pipa tekan, dengan pendinginan menggunakan udara kipas yang dilakukan sebanyak 2 kali pengambilan data.
10.Data yang diperoleh dianalisa dengan menggunakan Persamaan (1) sampai dengan (4).
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil PenelitianHasil penelitian ini adalah hasil pengambilan data penelitian yang telah diperoleh dengan memvariasikan waktu bukaan katup fluida kerja (dietil eter) dengan waktu 20 detik, 15 detik, dan 10 detik, masing-masing data dari variasi waktu bukaan tersebut diambil sebanyak 2 kali. Variasi selanjutnya yang divariasikan adalah pendinginan kondensor pada alat pompa termal dengan menggunakan air hasil pemompaan dan air kran, air hasil pemompaan dan udara alami, dan kipas. Pada data yang dimuat di bagian kolom data terdapat 2 baris data yang menyatakan awal dan akhir, 2 baris kolom awal dan bukaan 0,75 tersebut akan dijelaskan sebagai berikut : Awal : Kondisi saat mulai siklus (keadaan sebelum pompa termal di operasikan dan
proses pemanasan fluida kerja (dietil eter) belum terjadi di kolektor pemanas), serta kondisi alat-alat ukur sudah kembali ke posisi awal. Bisa dikatakan awal siklus tekan atau akhir siklus hisap.
Lama buka katup : Lamanya waktu bukaan katp fluida kerja dietil eter Termokopel A
T1 : Temperatur pada plat atas. T2 : Temperatur pada plat bawah. T3 : Temperatur pada input kondensor. T4 : Temperatur pada output evaporator. Termokopel B
T1 : Temperatur pada output pendinginan air kondensor. T2 : Temperatur pada output kondensor.
T3 : Temperatur pada input evaporator. T4 : Temperatur pada air di kondensor. P1 : Tekanan udara pada pada pipa pemanas. P2 : Tekanan udara pada 2 tabung tekan air. P3 : Tekanan udara pada tabung tekan udara.
T pompa : Lama waktu pemompaan. Dimulai ketika air terpompa
keluar dari ujung tertinggi pipa buang sampai air berhenti terpompa.
T dingin : Lama waktu pendinginan. Dimulai ketika kondensor mulai
di dinginkan sampai alat ukur dan fluida pada tabung tekan kembali
Level air : Ketinggian air pada tabung tekan udara.
Tabel 4.1 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka katup
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level air (cm) Jml hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 20 s Awal 0,07 0,01 0 131 112 30 34 25 26 33 25 140 0,0444 0,75 0,59 0,54 0,44 60 61 42 40 27 37 35 27 221,2 4,3 3,2 2280 84 0,0812
Tabel 4.2 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka katup
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level air (cm) Jml hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 20 s Awal 0,06 0,01 0 131 112 30 28 25 25 34 25 140 0,0444 0,75 0,59 0,57 0,45 61 61 44 43 27 27 37 26 231,5 4,9 3,2 2400 87 0,0915 29
Tabel 4.3 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka katup
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jml Hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 15 s Awal 0,09 0,03 0 123 107 28 34 25 27 45 26 140 0,0444 0,75 0,6 0,55 0,42 58 54 42 40 27 37 35 27 234,2 4,7 3,2 3600 90 0,0942
Tabel 4.4 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
Air (cm) Jml Hisap (cm Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 15 s Awal 0,07 0 0 124 101 30 36 27 27 39 26 140 0,0444 0,75 0,59 0,52 0,42 59 59 41 40 26 37 37 26 231.5 4,3 3,2 2280 93,6 0,0915 30
Tabel 4.5 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jmlah hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10 s Awal 0,08 0,02 0 132 113 29 33 25 25 37 26 140 0,0444 0,75 0,58 0,55 0,42 77 62 46 46 27 37 34 26 219 3,9 3,2 2640 72 0,079
Tabel 4.6 Hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama buka
Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jmlah hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 10 s Awal 0,08 0 0 130 110 27 33 25 27 48 25 140 0,0444 0,75 0,59 0,55 0,42 65 60 43 43 27 38 35 26 217 3,9 3,2 2460 71,4 0,077 31
Tabel 4.7 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan menggunakan kran + air terpompa dengan bukaan katup 0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara.
Tabel 4.8 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan menggunakan hasil pompa + udara alami dengan bukaan katup fluida kerja dietil eter 0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara. Lama buka katup Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jmlah hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 15 s Awal 0,1 0,06 0 130 116 25 29 25 24 20 29 140 0,0444 0,75 0,58 0,52 0,42 82 66 43 43 26 35 22 25 222 3,5 3,2 23400 60 0,082 Lama buka katup Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jmlah hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 15 s Awal 0,07 0 0 124 101 30 36 27 27 39 26 140 0,0444 0,75 0,59 0,52 0,42 59 59 41 40 26 37 37 26 231.5 4,3 3,2 2280 93,6 0,0915 32
0,75 selama 15. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara. Lama buka katup Variasi katup
Tekanan Termokopel A Termokopel B Level
air (cm) Jmlah hisap (cm) Head Pompa (m) T Dingin (s) T Pompa (s) Level Sumur (L) P1 P2 P3 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 15 s Awal 0,07 0,02 0 126 112 27 27 22 24 27 27 140 0,0444 0,75 0,62 0,57 0,42 81 66 42 45 27 40 42 45 229,5 4,1 3,2 14400 85,5 0,0895 33
Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi thermal ini dibutuhkan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem pompa air ini. Setelah mendapatkan data dari unjuk kerja pompa air ini maka dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal. Perhitungan di bawah ini menggunakan data pertama pada variasi lama bukaan katup fluida kerja selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 (Tabel 4.1)
Perhitungan yang pertama adalah menghitung daya pompa. Untuk mengetahui perhitungan daya pompa ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (1), variabel yang diketahui adalah :
Head = 3,2 m ΔVsumur = 7,955 liter
air = 1000 kg/m3
tpompa = 84 s
g = 9,81 m/det2 Perhitungan daya pompa adalah :
Ppompa = g Q H Ppompa = (1000 kg/m3)(9,81 m/s2)( ) (3,2meter) Ppompa = 2,9728 watt.
Perhitungan kedua adalah menghitung efisiensi pompa. Untuk mengetahui efisiensi pompa dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2). variabel yang diketahui adalah :
Vol ether cair = 1,06 ltr ρ eter = 0,7138 kg/m3
Hfg = 358,37 kj/g P pompa = 13,620 watt
T pemanas = 2364 s Perhitungan massa ether :
= V ether cair . ρ
= 1,06 ltr x 0,7138 kg/m3 = 0,75657 kg
= 756,57 gr
Penghitungan daya input pompa :
= = = 114,692 watt
Penghitungan daya output pompa : Output pompa = P pompa
= 2,9728 watt Penghitungan efisiensi pompa :
11,85
Perhitungan ketiga adalah perhitungan kompresi udara tekan. Untuk menghitung kompresi udara tekan dapat diggunakan persamaan (3). Variabel yang diketahui adalah :
P1 = 1 bar
V2 = 5, 9639 liter
V1 = liter Berikut ini adalah perhitunganya :
3,206 bar
Perhitungan keempat adalah perhitungan efisiensi termal. Untuk menghitung efisiensi termal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4) . Variabel yang digunakan adalah : P pemanas ( input ) = 2250 P pemanas ( output ) = 114,692 % 100 ) ( ) ( input pemanas output pemanas termal P P % 100 2250 114,692 termal % 10 , 5 termal
Untuk menghitung daya keluaran dan daya hisap pompa dapat digunakan dengan perhitungan sebagai berikut:
Diketahui :
Massa air pompa = 7.43613858 liter
Δt = 2364 s
ΔP3 = 44000 Pa V tabung tekan = 0,006579806 m3 Waktu hisap = 3648s
Perhitungan energi yang dikeluarkan :
Daya keluaran
=
Daya keluaran =
Daya keluaran = 0,0987458 watt
Perhitungan energi hisap :
Daya hisap = Δ
Δ
Daya hisap =
Tabel 4.10 Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 20 detik dan bukaan katup 0,75 Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama Bukaan Air terpompa (liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) Waktu Dingin (s) Daya Hisap (watt) Daya Keluar (watt) Waktu Pompa (s) ΔVolume Sumur (liter) 20 7,436 7,96 2,588 5,104 2280 0,225 0,098 84 7,955 20 9,241 9,07 2,961 4,909 2400 0,259 0,118 87 9,065 Rata-rata 8,338 8,51 2,774 5,006 2340 0,24 0,107 85,5 8,51
Tabel 4.11 Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 15 detik dan bukaan katup 0,75 Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama
Bukaan terpompa Air (liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) Waktu
Dingin (s) Hisap Daya (watt) Daya Keluar (watt) Waktu Pompa (s) Δvolume Sumur (liter) 15 8,381 8,695 4,003 3,366 3600 0,146 0,07 90 8,695 15 8,166 7,955 2,374 4,993 2280 0,24 0,108 93,6 7,955 Rata-rata 8,274 8,325 4,50 12,20 2940 0,193 0,089 91,8 8,325
Tabel 4.12 Rata-rata hasil data penelitian dengan variasi lama bukaan katup fluida kerja dietil eter selama 10 detik dan bukaan katup 0,75 . Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama
Bukaan Terpompa Air
(liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) Waktu Dingin (s) Daya Hisap (watt) Daya Keluar (watt) Waktu Pompa (s) ΔVolume Sumur (liter) 10 7,092 7,215 3,361 4,159 2640 0,143 0,082 72 7,215 10 6,662 7,215 3,245 4,343 2460 0,206 0,082 71,4 7,215 Rata-rata 6,877 7,215 6,46 4,251 2550 0,174 0,082 71,7 7,215 39
Tabel 4.13 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja dietil eter menggunakan air kran+air terpompa dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter menggunakan 2 tabung tekan udara.
Tabel 4.14 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja dietil eter menggunakan air terpompa + udara alami dan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm, head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Lama Buka Katup Air Terpompa (liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Energi Pompa(%) Efisiensi Energi Termal(%) Q Input Energi (joule) Q Output Energi (Joule) Daya Hisap (watt) Daya Keluar (watt) Δvolume Sumur (liter) 15 7.436 6,475 0,213 0,0081 255431,88 543,082 0,240 0,108 6,475
Tabel 4.15 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja menggunakan kipas dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara
.
Lama Buka katup Air terpompa (liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Energi Pompa (%) Efisiensi Energi Kolektor (%) Q Input Energi (joule) Q Output Energi (Joule) Daya Hisap (watt) Daya Keluar (watt) ΔVolume Sumur (liter) 15 9.112 7,585 0,244 0,824 273103,27 665,510 0,0335 0,01974 7,585 Lama Buka katup Air terpompa (liter) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Pompa (%) Efisiensi Termal (%) Waktu Dingin (s) Daya Hisap (watt) Daya Keluar (watt) Waktu Pompa (s) Δvolume Sumur (liter) 15 8.166 7.955 2,374 4,993 2280 0,24 0,108 93,6 8,325 40
Tabel 4.16 Hasil data perhitungan pada penelitian dengan variasi bukaan katup fluida kerja dengan bukaan katup 0,75 selama 20, 15, 10 detik yang dirata-ratakan. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara
.
Lama Buka katup Debit Pompa (liter/mnt) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi
Pompa (%) Kolektor Efisiensi (%)
Waktu
Dingin (s) hisap Daya Pompa Daya (watt)
Waktu
Pompa (s) ΔVolume Sumur (liter) Rata-rata 20 5,967 8,51 2,775 5,006 2340 0,24 3,122 85,5 8,51 Rata-rata 15 6,024 8,33 3,189 4,18 2940 0,19 2,850 91,8 8,325 Rata-rata 10 6,038 7,22 3,303 4,25 2550 0,17 3,159 71,7 7,215 Tabel 4.17 Hasil data penelitian dengan variasi pendinginan fluida kerja menggunakan kran + air terpompa, air terpompa + udara alami, dan kipas dengan bukaan katup 0,75 selama 15 detik. Level air 140 cm dengan head pemompaan 3,20 meter dan menggunakan 2 tabung tekan udara.
Variasi
Pendinginan Pompa Debit (liter/mnt)
Jumlah Hisap (liter)
Efisiensi
Pompa (%) Thermal Efisiensi (%)
Waktu
Dingin (s) Hisap Daya (watt) Daya Pompa (watt) Waktu Pompa (s) ΔVolume Sumur (liter) Kran+air pompa 5,099 7,955 10,8793 4,99 2280 0,24 2,668 93,6 7,955 Variasi
Dingin Pompa Debit (liter/mnt) Jumlah Hisap (liter) Efisiensi Energi Pompa (%) Efisiensi Energi Thermal (%) Waktu
Dingin (s) Hisap Daya (watt) Daya Pompa (watt) Waktu Pompa (s) ΔVolume Sumur (liter) Air pompa+udara alami 6,475 6,475 0,213 0,881 23400 0,012 3,388 60 6,475 Kipas 5,304 7,585 0,244 0,824 14400 0,033 2,775 85,5 7,585 41
4.2 Pembahasan
Grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 merupakan variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata debit pemompaan menggunakan kolektor seri.
Gambar 4.1 Grafik variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata debit pemompaan menggunakan kolektor seri.
Grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.2 merupakan variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata daya pompa menggunakan kolektor seri.
Gambar 4.2 Grafik variasi lama bukaan katup fluida kerja terhadap rata – rata daya pemompaan menggunakan kolektor seri.
6,04 6,02 5,97 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10 15 20 Ra ta -ra ta Debit P em o m pa a n (lite r/m enit )
Lama Bukaan Katup (s)
3,16 2,85 3,12 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 10 15 20 Da y a po m pa ( w a tt )
Grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 merupakan variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata efisiensi pompa menggunakan kolektor seri.
Gambar 4.3 Grafik variasi lama bukaan katup dietil eter terhadap rata – rata efisiensi pompa menggunakan kolektor seri.
Grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.4 merupakan variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata efisiensi termal menggunakan kolektor seri.
Gambar 4.4 Grafik variasi lama bukaan katup terhadap rata – rata efisiensi termal menggunakan kolektor seri.
3,30 3,19 2,77 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 10 15 20 E fis iens i P o m pa ( %)
Lama Bukaan Katup (s)
4,25 4,18 5,01 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 10 15 20 E fis iens i T er m a l (%)
