Pompa air energi termal dengan evaporator 22 cc dan pemanas 78 watt - USD Repository

(1)

POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR 22 CC DAN PEMANAS 78 WATT

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

ANTONIUS ARI PRIHANANTO NIM : 055214009

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

TERMAL ENERGY WATER PUMP WITH 22 CC EVAPORATOR AND 78 WATT HEATER

Final Project

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

in Mechanical Engineering

by

ANTONIUS ARI PRIHANANTO Student Number : 055214009

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERCITY

YOGYAKARTA 2009

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii INTISARI

Air merupakan kebutuhan sehari – hari masyarakat,diantaranya untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak berbeda dengan tempat air tersebut digunakan,maka perlu digunakan pompa air listrik untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan. Hal ini tidak dapat terlaksana pada daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan pasokan listrik. Sehingga dibutuhkan pompa air energi alternatif yang dapat digunakan oleh masyrakat tersebut,salah satu pompa air energi alternatif yang dapat digunakan yaitu pompa air energi termal. Jenis pompa air energi termal ada 3(tiga) yaitu water jet puls,fluidyn punp,nifte pump. Pada penelitian ini akan dibuat pompa energi termal pulsa jet air (water jet puls) dengan menggunakan fluida kerja air, karena jenis pompa ini adalah jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dan ekonomis. Pompa air jenis ini dapat dikembangkan dengan menggunakan radiasi surya yaitu dengan menggunakan kolektor surya. Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC ( Compound Parabolic Collector ) yang mengkonversikan energi surya yang datang menjadi panas. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti pada pompa air enrgi termal yaitu dapat mengetahui debit, head, daya pompa, dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan. Dan yang ingin dicapai peneliti pada kolektor yaitu efisiensi sensibel kolektor dan faktor efisiensi.

Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu: evaporator, katup dan kondenser. Sebagai data diperlukan variabel-variabel yang harus diukur adalah temperatur pipa pendingin keluar (T1p), temperatur pipa

pipa pendingin masuk (T2p), temperatur evaporator (T3p), temperatur air

evaporator setelah tabung pendingin (T4p). dan pada penelitian kolektor (CPC)

diperlukan variabel-variabel yang harus diukur adalah temperaturepipa oli masuk (T1k), temperatur pipa oli keluar (T2k), temperatur pipa oli setelah condenser(T3k),

temperatur pipa kondenser (T4k).Variabel-variabel yang divariasikan adalah

variasi head (1,00m;1,50m;1,75m), variasi bukaan kran osilasi (00,150,300) dan variasi pendingin (air,udara). Kemudian dilakukan perhitungan untuk mendapatkan faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi sensibel kolektor (η sensibel), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (ηpompa).

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam judul “ Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 22 cc dan Pemanas 78 watt “ ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

2. Bapak Budi Sugiarto S.T, M.T., selaku Ketua Program studi Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing Akademik.

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis

selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam penelitian ini.

(9)

ix

Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.

Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.

Yogyakarta,4 September 2009

(10)

x DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...i

TITLE PAGE ...iii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...iv

HALAMAN PENGESAHAN ...v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...vi

INTISARI ...vii

KATA PENGANTAR ...viii

DAFTAR ISI...ix

DAFTAR TABEL...x

DAFTAR GAMBAR ...xi

BAB I. PENDAHULUAN...1

1.l Latar Belakang...1

1.2 Perumusan Masalah ...2

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ...3

(11)

xi

2.1 Penelitian yang pernah dilakukan ...4

2.2 Landasar teori...5

2.3 Cara Kerja Alat ...12

BAB III. METODE PENELITIAN ...15

3.1 Deskripi Alat...15

3.2 Skema alat...15

3.3 Variabel Yang Divariasikan...18

3.4 Variabel Yang Diukur...18

3.5 Peralatan pendukung ...18

3.6 Langkah penelitian...19

3.7 Analisa Data...21

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...22

4.1 Data penelitian ...22

4.2 Perhitungan Efisiensi sensibel kolektor ...31

4.3.Perhitungan daya pemompaan ...33

4.4 Perhitungan efisiensi pompa ...35

(12)

xii

4.6 Perhitungan daya pemanas spirtus ...39

4.7 Analisa data...39

BAB V. PENUTUP ...48

5.1Kesimpulan ...48

5.2Saran ...48

DAFTAR PUSTAKA ...49

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel.4.1 Data Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara...22

Tabel.4.1.1 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-1) ...22

Tabel.4.1.2 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-2)……….…….23

Tabel.4.1.3 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-1)….………….……....23

Tabel.4.1.4 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.50 meter (ke-2)………....……..23

Tabel.4.1.5 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-1)………..24

Tabel.4.1.6 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.00 meter (ke-2)……….…….24

Tabel.4.2 V out pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi……….…24

Tabel.4.2.1 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke1)…………...25

Tabel.4.2.2 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke-2) ………….25

Tabel.4.2.6 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 3 (ke-2) ...……….27

Tabel.4.3 Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air …………...27

(14)

xiv

Tabel.4.3.2 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-2) ………...28

Tabel.4.4 Data 1 menggunakan kolektor CPC...29

Tabel.4.8 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 1...….…….31

Tabel.4.9 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 2……….……….…….32

Tabel.4.10 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 3.. ………..……….…....…32

Tabel.4.11 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 4………….. ...33

Tabel. 4.12 . Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara………...34

Tabel.4.13 Daya pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi…….………...34

Tabel.4.14 Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air……….…... 35

Tabel.4.15 efisiensi sistem dengan variasi head menggunakan pendingin udara…….…..….…...35

Tabel.4.16 efisiensi sistem dengan variasi variasi posisi kran pada saluran osilasi...…....36

Tabel.4.17 efisiensi sistem dengan variasi variasi pending air………...36

Tabel.4.18 Faktor efisiensi pada data 1 tabel 4..1………..….37

(15)

xv

Tabel.4.20 Faktor efisiensi pada data 3 tabel 4.3……….…….……….…..…...38

(16)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar.1.Jenis pompa air termal………...5

Gambar.2.kolektor plt datar kovensionl... …...8

Gambar.3. Kolektor plat datar “evacuated tube”.………...………....8

Gambar.4. kolektor plat parabolik jenis tabung...9

Gambar.5. kolektor plat parabolik jenis piringan...10

Gambar.6. Cara kerja pompa...12

Gambar.7. Cara kerja kolektor...14

Gambar.8. Evaporator ………..…………...…...…15

Gambar.9.Pompa ……….……….……...…...16

Gambar.10. Posisi kran osilasi ………..………..…….…17

Gambar.11. kolektor ………...……….……….…...……....17

Gambar.12. Radiasi surya yang diterima kolektor……….…………..….…...18

Gambar.13. Grafik daya pompa dengan variasi head dan menggunakan pendingin udara... ……….…...39

(17)

xvii

pendingin udara ……….….….…40

Gambar.15. Grafik daya pompa dengan perbedaan jenis pendigin pada head 1,75m dan bukaan kran pada posisi 00………40

Gambar.16.Grafik efisiensi pompa dengan variasi head……….41

Gambar.17. Grafik efisiensi pompa pada head 1,75m dengan variasi bukaan kran osilasi ……….………….41

Gambar.18. Grafik efisiensi pompa pada head 1,75 dan bukaan kran 0 0 dengan variasi perbedaan jenis pendigin ……….…….……..42

Gambar.19. Grafik efisiensi sensibel kolektor……….…42

Gambar.20. grafik faktor efisiensi………..…...43

Gambar.21. grafik antara energy surya yang datang dengan factor efisiensi pada data 1....44

Gambar.24. grafik antara energy surya yang dating dengan factor efisiensi pada data 4....47

Gambar.25. Termokopel dan Displainya………..………..….50

Gambar.26.Adaptor………...….………..…50

Gambar.27.ThermoLogger………..……….…….………...51

(18)

xviii

Gambar.29. Rangkaian kolektor dan condenser……….………..………52

Gambar.30. Rangkaian pompa………..….…….…………..52

Gambar.31. Kran osilasi…….………..….…….…………..51

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air ( air tanah ) merupakan kebutuhan sehari-hari masyarakat, diantaranya untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak berbeda tempat dari tempat air tersebut digunakan sehingga diperlukan pompa air listrik untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m2 (Sumber dari Kementrian Energi Republik Indonesia). Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC (Compound Parabolic Collector) yang mengkonversikan radiasi surya yang datang menjadi panas. Pompa air ini juga dapat digerakkan dengan bahan bakar minyak (motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat. Selain itu penggunaan bahan bakar minyak atau energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan sebagian masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Untuk kondisi daerah seperti itu, umumnya penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia, antara lain membawa air dengan tampungan air (ember), menimba atau dengan pompa tangan. Jika penyediaan air dilakukan dengan tenaga. manusia maka bukan hanya tenaga tetapi waktu untuk melakukan

(20)

2

kegiatan lain yang lebih produktif akan berkurang. Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi alam untuk memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut maka sumber-sumber energi alam yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, energi angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor surya. Sel surya masih merupakan teknologi yang mahal bagi masyarakat terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya sangat terbatas. Pada umumnya jenis kolektor yang banyak digunakan adalah kolektor jenis plat datar. Tetapi ada kendala dalam pemakaian kolektor jenis plat datar yaitu mahalnya harga plat absorber dan teknik pemasangan plat absorber yang sulit. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang karateristik kolektor CPC di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian.

1.2. Perumusan Masalah

(21)

3

Pada kolektor CPC(Compound Parabolic Collector) sederhana dengan menggunakan alumunium foil dan pipa alumunium sebagai pipa kolektor dan evaporator yang merupakan bagian dari kolektor. Kemungkinan penerapannya dalam masyarakat tergantung dengan unjuk kerja yang dihasilkan. Unjuk kerja yang dihasilkan kolektor ditunjukkan dengan efisiensi sensibel kolektor (η sensibel) dan faktor efisiensi ( F’ ). Pada penelitian ini dilakukan dua pengujian yang berbeda, yaitu pengujian terhadap kolektor dan pengujian terhadap pompa. Hal tersebut dikarenakan adanya kendala cuaca pada saat penelitian yang kurang mendukung.

1.3.Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian yaitu mengetahui :

1. Daya pemompaan 2. Efisiensi pompa

3. Efisiensi sensible kolektor 4. Faktor efisiensi kolektor

Manfaat penelitian yaitu :

1. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut, sehingga dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat. Pembuatan pompa air energi termal menggunakan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan kolektor pelat datar seluas 1 m2, variasi tinggi head 6, 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 macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus/ hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001). Penelitian pompa air energy surya termal menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2 , fluida kerja bethyl ether menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 l/hari tergantung pada ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,42-0,34 % (Wong, 2001). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan model

(23)

5

matematismemperlihatkan unjuk kerjapompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus. Daya pompa meningkat dengan naiknya temperatur maksimum siklus, sementara penurunan efisiensi disebabkan kerugian panas karena proses penguapan dan pengembunan air (Mahkamov, 2005).

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Pompa

Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu: evaporator, katup dan kondenser.Jenis pompa air energi termal ada 3(tiga) yaitu water jet puls,fluidyn punp,nifte pump. Pada penelitian ini akan dibuat pompa energi termal pulsa jet air (water jet puls) dengan menggunakan fluida kerja air.

water jet puls fluidyn punp nifte pump

(24)

6

Debit pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

t

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

H

Daya pemanas spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

(25)

7

m : massa air yang dipanasi ( kg )

Cp : panas jenis air (4200 J/(kg.K))

ΔT : perubahan suhu ( 0C)

t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik)

Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan daya yang dihasilkan selama pemanasan spritus dalam lama waktu tertentu.

Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

Wspritus W_P Sistem =

η

(4)

dengan :

Wp : daya pemompaan (Watt)

Wspritus : daya pemanas spritus ( Watt )

2.2.2.Kolektor

Kolektor plat datar

(26)

8

umum digunakan. Pada prinsipnya terdiri dari kotak berisolasi di dalamnya terdapat pipa/saluran dan plat absorber dari logam berwarna hitam yang menyerap panas. Energi surya diterima plat absorber dan dikonversikan menjadi panas kemudian fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dari plat absorber. Jenis kolektor plat datar evacuated terdiri dari beberapa tabung indivi dual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari 3 tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated ini dapat mencapai temperatur 120OC dan dapat dimanfaatkan untuk sistim pendingin adsorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.

Gambar.2. kolektor plat datar konvensional

(27)

9

Kolektor Plat Parabolik

Kolektor ini menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu.Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam.Ada 2 jenis kolektor plat parabolik :Tabung (Through) dan Piringan (Dish). Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90OC sampai 290OC dengan efisiensi η maks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang

dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja.Jenis piringan (dish) kemampuan pemanasannya lebih besar dari jenis Trough, dapat mencapai temperatur 800OC dengan efisiensi η tertinggi 70% Karena titik fokusnya

hanya 1 maka jenis ini harus selalu mengikuti gerak matahari karenanya jenis ini memiliki 2 sumbu gerak.Modifikasi jenis ini dapat digunakan untuk menggerakkan Heat Engine kecil yang menggerakkan generator listrik untuk menghasilkan listrik sehingga pemindahan energinya menggunakan kabel dan bukan pipa.

(28)

10

Gambar.5 . kolektor plat parabolik jenis piringan

Efisiensi sensibel kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam kolektor dari temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah energi termal yang datang selama interval waktu tertentu. Efisiensi sensibel kolektor dihitung dengan persamaan : ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).

Efisiensi sensibel kolektor

(29)

11

G : radiasi surya yang datang (W/m2)

mf : massa fluida kerja pada evaporator (kg)

ΔT : kenaikan temperatur oli (0C)

(G yang digunakan adalah G rata-rata, karena pengambilan data tidak berdasarkaninterval waktu yang tetap akan tetapi berdasar siklus pompa.

Faktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energy yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor.Faktor efisiensi dapat dihitung dengan persamaan :

F’ = faktor efisiensi

ms = massa oli evaporator ( kg )

cs = panas jenis oli (J/(kg.K))

Ts = temperatur oli pada evaporator (0C)

θ = waktu pemanasan oli ( s )

(30)

12

τ.α = transfusifitas kaca

GT = radiasi surya yang datang (W/m2)

UL = faktor koefisien panas di kolektor (W/( m2.K))

Ts2 = temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (0C)

Ta = suhu lingkungan (0C)

As = luasan evaporator ( m2 )

2.3 Cara Kerja Alat

(31)

13

(32)

14

Gambar.7. cara kerja kolektor

Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut :

(33)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

Pompa air energi termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

1. Evaporator

2. Kondenser

3. Katup

Kolektoe CPC pada penelitian ini terdiri dari komponen utama :

1. Evaporator

2. Condenser

3.2 Skema Alat Penelitian

Gambar.8. Evaporator

(34)

16

Skema pompa energi termal pulsa jet air dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar.9. Pompa

Keterangan :

1. Evaporator 2. Kotak spirtus 3. Pipa pendingin

4. Pipa yang didinginkan 5. Katub

6. Kran saluran osilasi

7. Selang pengatur osilasi(tuning tife) 8. Selang head

(35)

17

Skema kran osilasi dapat dilihat sebagai berikut

Posisi 1 (00)

Posisi 2 (150)

Posisi 3 (300)

Gambar.10.Posisi kran osilasi

Skema kolektor dapat dilihat sebagai berikut :

(36)

18

Gambar.12.radiasi surya yang diterima kolektor

3.3 Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan adalah :

1. Variasi head (1 meter, 1,5 meter, dan 1,75 meter). 2. Variasi bukaan kran (00,150,300)

3. Variasi pendingin (udara,air)

3.4 Variabel yang diukur

Variabel yang diukur dalam pengujian pompa yaitu volume air hasil pemompaan, temperatur T1p dan T3p, sedangkan variabel yang diukur pada pengujian kolektor yaitu suhu pada kolektor dan energi surya yang datang.

3.5 Peralatan Pendukung

Peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Stopwatch

(37)

19

b. Gelas Ukur

Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu. Gelas ukur yang dipakai maksimal dapat mengukur 1 liter.

c. Ember

Ember digunakan untuk menampung air yang akan dipompa. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.

d. Thermometer Logger

Alat ini digunakan sebagai penampil besarnya suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit. Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada alat penelitian.

e. Termokopel

Alat ini digunakan untuk penghantar data temperature dari titik yang diukur ke display atau logger.

f. Solar Meter

Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi surya yang diterima oleh kolektor pada penggujian kolektor.

3.6 Langkah Penelitian

(38)

20

a. Mempersiapkan peralatan yang diperlukan pada pengujian pompa.

b. Mencatat suhu fluida mula – mula (T1p,T2p,T3p,T4p).

c. Melakukan pemanasan pada evaporator dengan pemanas spritus.

d. Mencatat volume air hasil pemompaan ( ml ), bersamaan dengan itu dilakukan juga pencatatan waktu air mengalir hasil pemompaan.

e. Mengulangi langkah d tersebut sampai dengan akhir proses pengambilan data.

f. Mengulangi kelima langkah tersebut untuk variasi head (1,00m; 1,50m; 1,75m), bukaan kran (00,150,300) dan jenis pendingin (air, udara).

Langkah penelitian dalam pengujian kolektor :

a. Mempersiapkan kolektor yang akan diuji dengan melakukan pengecekan terhadap ada tidaknya kebocoran kolektor.

b. Mencatat suhu fluida kolektor mula-mula (T1k,T2k,T3k,T4k)

(39)

21

3.7 Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian yaitu :

1. Volume air keluar hasil pemompaan (V) dan waktu uap terbentuk (s) yang digunakan untuk menghitung debit aliran air (Q).

2. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (Wp).

3. Perhitungan daya pompa (Wp), Efisiensi pompa (ηpompa), dan perhitungan

radiasi surya yang dating (G) untuk menghitung efisiensi sensibel kolektor (ηsen kol).

Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

(40)

BAB IV

HASIL PENELITIAN

4.1 Data Penelitian

Pada pengambilan data penelitian ini didapat data-data pengukuran seperti tabel berikut :

Tabel 4.1 Data Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara

Waktu (menit)

Tabel 4.1.1 Data temperatur pompa dengan variasi head 1.75 meter (ke-1)

(41)

23

Waktu T1p T2p T3p T4p

(42)

24

Tabel 4.2 V out pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi

(43)

25

Tabel 4.2.1 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke1)

Tabel 4.2.2 Data temperatur dengan variasi head 1.75 meter dan posisi kran 1 (ke-2)

(44)

26

(45)

27

Tabel 4.3 Vout pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air

Waktu (menit) Head

(m)

Volume

spirtus(ml) proses pompa

V out (m3)

25 32 25.45 5.75

1.75

25 30 28.27 4.20

Tabel 4.3.1 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-1)

(46)

28

Tabel 4.3.2 Data dengan variasi head 1.75 menggunakan pendingin air (ke-2)

(47)

29

Tabel 4.4 Data 1 menggunakan kolektor CPC

WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2

(48)

30

WAKTU T1k T2k T3k T4k watt/m2

(49)

31

4.2 Perhitungan Efisiensi Sensibel Kolektor (ηs)

Efisiensi sensibel kolektor (η ) pada data tabel 4.1 sampai tabel 4.4 dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan (5). Berikut prosedur perhitungan efisiensi

sensibel kolektor pada tabel 4.1 data 1 yang diperlukan Ac = 0.8 m , Cp oli = 800

J/kg.K, dt = 600 detik, Gt = 569 W/m, m = 0.45kg, ΔT = 0 C

Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data yang lain dapat dilakukan dengan cara yang sama dapat dilihat tabel 4.8 sampai tabel 4.11

Tabel 4.8. Perhitungan efisiensi sensibel kolektor pada data 1

(50)

32

waktu d t

(51)

33

Tabel 4.11 Perhitungan sensibel kolektor pada data 4

WAKTU d t

4.3 Perhitungan Daya Pemompaan (Wp)

Daya pemompaan (Wp) pada data tabel 4.5 sampai tabel 4.7 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). Berikut prosedur perhitungan daya pemompaan pada tabel 4.5 data pemompaan yang diperlukan ρ = 1000 kg/m , g = 9,8 m/s , V.out = 0,0029m , t = 506,4detik, H = 1,75 m.

air

3

(52)

34

Tabel 4.12. Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara

Head

1.75 25 506.4 2.90 0.343601896 0.098212875

1.75 25 687.6 3.75 0.327225131 0.093531850

1.5 25 569.4 1.20 0.126448894 0.030979979

1.5 25 604.8 1.60 0.158730159 0.038888889

1 25 484.2 0.95 0.117719950 0.098212875

1 25 547.2 1.10 0.120614035 0.019700292

Tabel 4.13. Daya pompa dengan variasi posisi kran pada saluran osilasi

Head

1.75 25 506.4 2.90 0.343601896 0.098212875

1.75 25 687.6 3.75 0.327225131 0.093531850

1.75 25 693.6 3.50 0.302768166 0.086541234

1.75 25 629.4 3.35 0.319351764 0.091281379

1.75 25 609.6 2.80 0.275590551 0.078772966

(53)

35

Tabel 4.14. Daya pompa dengan variasi head menggunakan pendingin air

Head

1.75 25 1527 5.75 0.225933202 0.0645792

1.75 25 1696.2 4.20 0.148567386 0.0424655

4.4 Perhitungan Efisiensi Pompa

Efisiensi sistem pada data dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4). Berikut prosedur perhitungan pada Efisiensi pompa pada table 4.12 data yang lain dapat dilakukan dengan cara yang sama dapat dilihat tabel 4.15 sampai tabel 4.17

ηpompa = (Wp / Wspirtus) x 100%

ηpompa = (0,098212875 / 78,24) x 100%

ηpompa= 0,126 %

Tabel 4.15 efisiensi pompa dengan variasi head menggunakan pendingin udara

Head

1.75 25 506.4 2.90 0.343601896 0.098212875 0.126

1.75 25 687.6 3.75 0.327225131 0.093531850 0.120

1.5 25 569.4 1.20 0.126448894 0.030979979 0.040

1.5 25 604.8 1.60 0.158730159 0.038888889 0.050

1 25 484.2 0.95 0.117719950 0.098212875 0.126

(54)

36

Tabel 4.16 efisiensi pompa dengan variasi variasi posisi kran pada saluran osilasi

Head

1.75 25 506.4 2.90 0.343601896 0.098212875 0.126

1.75 25 687.6 3.75 0.327225131 0.093531850 0.120

1.75 25 693.6 3.50 0.302768166 0.086541234 0.111

1.75 25 629.4 3.35 0.319351764 0.091281379 0.117

1.75 25 609.6 2.80 0.275590551 0.078772966 0.101

1.75 25 662.4 2.95 0.267210145 0.076377566 0.098

Tabel 4.17 efisiensi pompa dengan variasi variasi pending air

Head

1.75 25 1527 5.75 0.225933202 0.0645792 0.083

1.75 25 1696.2 4.20 0.148567386 0.0424655 0.054

4.5 Perhitungan Faktor Efisiensi

Faktor Efisiensi (F’) pada data tabel 4.1 sampai tabel 4.4 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (6). Berikut prosedur perhitungan Faktor efisiensi

(F’) pada data1tabel 4.1 data ke-2 yang diperlukan ρ.oli=800 kg/m ,ms oli =0,45 kg,

cs oli =2300J/kg0C, Ac = 0,8 m2 ,τ.α = 0.81, UL= 4, Us = 0.014285714 W/K, As =

0.024638 m2,Volume pipa besar= 0.00049126 m3, Volume pipa kecil = 0.00019493 m3,Volume oli evaporator: 0.00029633 m3.

(55)

37

*) nilai faktor efisiensi maksimum adalah 1 dan minimum adalah 0,nilai factor efisiensi negatf tidak digunakan (diabaikan).

Tabel 4.18 Faktor efisiensi pada data 1 tabel 4.1

WAKTU T1k T2k T3k T4k (G)watt/m2 F'

(56)

38

WAKTU T1k T2k T3k T4k (G)watt/m2 F'

(57)

39

4.6 Perhitungan daya pemanas prirtus

Daya pemanas spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan (3)

m = 0.5 kg ; Cp = 4200 j/(kg.K) ; ∆T =38 ; t = 1020 s

4.7 Analisa data

(58)

40

Dari gambar 13 dapat kita lihat bahwa semakin tinggi head maka semakin besar pula daya pompa yang dihasilkan dan Semakin besar daya pemompaan maka semakin besar pula keluaran air dari pompa.

Gambar.14.Grafik daya pompa dengan variasi bukaan kran osilasi pada head 1,750 dan pendingin udara

Dari gambar 14 kita dapat lihat bahwa daya pompa akan semakin tinggi pada saat posisi bukaan kran osilasi di posisi 1.Hal ini disebabkan pada saluran osilasi tidak terjadi hambatan yang besar.

(59)

41

Dari gambar 15 kita dapat liat bahwa daya pompa yang dihasilkan lebih besar saat menggunakan pendinginan udara.Kerena jika memakai pendingin air maka proses penguapan akan lambat dan mengakibatkan osilasi menjadi kecil.

Gambar.16.Grafik efisiensi pompa dengan variasi head

Dari gambar 16 dapat kita lihat bahwa semakin tinggi head maka semakin besar pula efisiensi pompa yang dihasilkan dan Semakin besar daya pemompaan maka semakin besar pula keluaran air dari pompa.

(60)

42

Dari gambar 17 kita dapat lihat bahwa efisiensi pompa akan semakin tinggi pada saat posisi bukaan kran osilasi di posisi 1.Hal ini disebabkan pada saluran osilasi tidak terjadi hambatan yang besar.

Gambar.18.Grafik efisiensi pompa pada head 1,75 dan bukaan kran 0 0 dengan variasi perbedaan jenis pendigin

Dari gambar 18 kita dapat liat bahwa efisiensi pompa yang dihasilkan lebih besar saat menggunakan pendinginan udara.Kerena jika memakai pendingin air maka proses penguapan akan lambat dan mengakibatkan osilasi menjadi kecil.

(61)

43

Hal yang mempengaruhi efisiensi sensibel yaitu kenaikan temperature fluida kerja,seperti hubungan yang ditunjukkan pada Persamaan 1. Pada persamaan tersebut variabel yang berubah besarnya yaitu kenaikan temperatur suhu fluida kerja dengan energi surya yang datang. Pada data 1 terlihat bahwa kenaikan temperature fluida kerja mengalami kenaikan yang signifikan dan disertai dengan energi surya yang berubah-ubah besarnya dibandingkan dengan data yang lain yang tidak nampakkenaikan temperatur suhu fluida kerjanya dan disertai juga dengan perubahan energisurya yang datang. Jadi kita dapatkan grafik seperti pada Gambar 19.

Gambar.20.grafik faktor efisiensi

Dari gambar 20 kita dapt lihat bahwa energi sinar matahari yang datang (Gt) dan waktu sangat mempengaruhi Faktor Efisiensi (F’). Dapat dilihat dipersamaan

( )

τ θ bahwa semakin besar Gt akan menyebabkan F’

(62)

44

Gambar.21.grafik antara energy surya yang dating dengan factor efisiensi pada data 1

(63)

45

(64)

46

(65)

47

(66)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisis data, perhitungan dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Daya pemompaan maksimum adalah 0,98 watt 2. Efisiensi pompa maksimum adalah 1,23 %

3. Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 8,385 % 4. Faktor efisiensi maksimum adalah 0.647

5.2 Saran

1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak mempengaruhi kerja sistem.

2. Karena T3k maksimum 58 ºC oleh karena itu kolektor perlu disempurnakan dengan mengubah konstruksi atau jenis fluida yang digunakan

(67)

49

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Prof.Wiranto, Teknologi Rekayasa Surya, Cetakan Pertama,PT.Pradnya Paramitha, Jakarta

Cengel, Yunus. A , Thermodynamics An Engieering Approach, Property Tables And Charts ( SI Units ), Fourth Edition, New York, San Fransisco, St.Louis

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

Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi DanSumber Daya Mineral, Jakarta

Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1995). The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 1167-1173

Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1999). The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 40, Issue16, December 1999.

(68)

50

LAMPIRAN

Gambar.25.Termokopel dan Displainya

(69)

51

Gambar.27.Thermo Logger

(70)

52

Gambar.29. Rangkaian kolektor dan kondenser

(71)

53

Gambar.31.kran osilasi