POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR 26 CC DAN PEMANAS 78 WATT
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh: WIDAGDO NIM : 055214013
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
THERMAL ENERGY WATER PUMP WITH 26 CC EVAPORATOR AND 78 WATT HEATER
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
W
by WIDAGDO
Student Number : 055214013
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
PERSEMBAHAN
Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada :
☺
Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa
membimbing, mendampingi hingga selesainya
tugas akhir ini.
☺
Keluargaku tercinta yang selalu
memberikan dukungan dan mendoakan
demi kesuksesanku.
☺
Yoannitha Santhi Noviliastuti
yang selalu memberikan semangat
dalam Tugas Akhir ini.
☺
Sahabat
–
sahabatku yang membantu
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam "Tugas Akhir" ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi manapun. Sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau di terbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 09 September 2009
Widagdo
PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas sanata Dharma : NAMA : WIDAGDO
NIM : 055214013
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
...POMPA AIR ENERGI TERMAL... ...DENGAN EVAPORATOR 26 CC DAN PEMANAS 78 WATT... beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). 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 saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 09 September 2009 Yang menyatakan,
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi tidak semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Untuk selanjutnya pompa termal ini akan dikembangkan menjadi energi surya termal menggunakan pemanas dengan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang karakteristik kolektor surya jenis CPC tersebut. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Puls Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar jenis CPC.
Pompa air energi termal jenis pulsajet air terdiri dari 4 (empat) komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning pipe (pipa osilasi). Sedangkan bagian utama pada kolektor surya jenis CPC adalah (1) reflektor dengan alumunium foil, (2) pipa riser dan (3) CPC (Compound Parabolic Collector). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), V out dan t out pemompaan. Sedangkan pada kolektor adalah temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8) dan radiasi surya yang datang (G). Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah variasi ketinggian head (1,75 m, 1,50 m dan 1 m), variasi bukaan kran (0º(terbuka penuh), tertutup 15º, dan tertutup 30º) dan variasi pendingin (udara dan air).
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 dengan judul “ Pompa Air Energi Termal Dengan Evaporator 26 cc Dan Pemanas 78 Watt “ ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Budi 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.
6. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang bersifat membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.
Yogyakarta, 09 September 2009
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
TITLE PAGE... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
PERSEMBAHAN... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... vi
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vii
INTISARI... viii
KATA PENGANTAR... ix
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR TABEL... xiii
DAFTAR GAMBAR... xv
BAB I. PENDAHULUAN... 1
1.l Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3
BAB II. DASAR TEORI... 5
BAB III. METODE PENELITIAN... 13
3.1 Deskripsi Alat ... 13
3.2 Prinsip Kerja Alat ... 15
3.3 Variabel Yang Divariasikan... 16
3.4 Variabel Yang Diukur... 18
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 20
3.6 Analisa Data ... 21
3.7 Peralatan Pendukung... 21
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 23
4.1 Data Penelitian ... 23
4.2 Perhitungan ... 38
4.2.1. Perhitungan Pompa... 38
4.2.2. Perhitungan Kolektor... 40
4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ... 43
4.4 Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC... 51
BAB V. PENUTUP... 59
5.1Kesimpulan ... 59
5.2Saran ... 59
DAFTAR TABEL
4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º ... 23 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º... 23 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup15 º... 24 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup15 º... 25 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup30 º... 26 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup15 º... 26 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,75 m... 27 4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,75 m... 28 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,50 m... 29 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1 m... 30
4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m... 31
4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara... 31
4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara... 32
4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air... 33
4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air... 34
4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran... 35
4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head... 35
4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin... 35
4.20 Data I Temperatur Penelitian Kolektor CPC... 36
4.21 Data II Temperatur Penelitian Kolektor CPC... 36
4.22 Data III Temperatur Penelitian Kolektor CPC... 37
DAFTAR GAMBAR
2.1. Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet air ... 5
2.2. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Fluidyn Pump ... 6
2.3. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Nifte Pump ... 6
2.4. Gambar Kolektor Plat Datar Konvensional... 9
2.5. Gambar Kolektor Plat Datar Evacuate Tube... 9
2.6. Gambar Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung... 10
2.7. Gambar Kolektor Plat Datar Parabolik Jenis Piringan... 11
3.1 Gambar Skema Alat Penelitian... 13
3.2 Gambar Detail Evaporator... 14
3.3 Gambar CPC Pada Kolektor... 14
3.4 Gambar Variasi Bukaan Kran... 17
3.5 Gambar Variasi Ketinggian Head... 17
3.6 Gambar Variasi Pendinginan... 18
3.7 Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa... 19
3.8 Gambar Posisi Termokopel Pada Kolektor... 19
4.1 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa... 43
4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 45 4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,50 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 46 4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 47 4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 15º
Head 1,75 m dan Pendingin Udara... 48 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 30º
Head 1,75 m dan Pendingin Udara... 49 4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi
Pendingin Air Bukaan Kran 30º dan Head 1,75 m ... 50 4.9 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
dan F’ Pada Data I Kolektor CPC... 51 4.10 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
dan F’ Pada Data II Kolektor CPC... 52 4.11 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
dan F’ Pada Data III Kolektor CPC... 53 4.12 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
4.13 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I
Kolektor CPC... 55 4.14 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II
Kolektor CPC... 56 4.15 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III
Kolektor CPC... 57 4.16 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data IV
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting atau pokok bagi kehidupan manusia. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di Indonesia merupakan salah satu keunggulan yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita miliki tidak kita olah dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.
Pada penelitian ini memilih pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (Water Puls Jet) karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana dibandingkan dengan lainya serta mempunyai komponen yang mudah dibuat, selanjutnya penelitian pompa air energi termal ini akan dikembangkan dengan menggunakan energi surya termal. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut akan digunakan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound Parabolic Collector) sehingga perlu dilakukan penelitian tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan untuk pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.
1.2. Perumusan Masalah
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian :
1. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Puls Jet).
2. Mengetahui T7 maksimum kolektor keluar ke evaporator, faktor efisiensi kolektor (F') dan efisiensi kolektor (η kolektor) maksimum kolektor surya plat datar dengan Compound Parabolic Collector (CPC) .
Manfaat penelitian :
1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.
2. Dapat diaplikasikan dimasyarakat luas khusunya masyarakat Indonesia.
BAB II
DASAR TEORI
Penelitian yang pernah dilakukan
2.1.Dasar Teori
Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (Water Puls Jet), pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water puls jet) dengan menggunakan fluida kerja air dan bahan bakar spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.
Keterangan : 1. Fluida air 2. Sisi uap
3. Sisi panas 4. Sisi dingin 5. Tuning pipe
6. Katup hisap 7. Katup buang
Keterangan : 1. Displacer 2. Penukar panas 3. Pemicu regenerasi 4. Penukar panas 5. Tuning pipe
6. Katup hisap 7. Katup buang
8. Sisi volume mati 9. Pengapung Gambar 2.2 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump
Keterangan :
1. Kekuatan piston 2. Beban
3. Silinder displacer 4. Evaporator 5. Kondenser
6. Katup 7. Saturator
8. Difusi kolom 9. Perpindahan panas
Kemudian dilakukan penelitian serta perhitungan untuk mendapatkan :
Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :
t : waktu yang diperlukan (menit)
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
H
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
dengan :
m : massa air (kg)
Cp : panas jenis air (J/(kg.K)
Δ T : kenaikan temperatur (oC)
t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (s)
Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya pemanas yang dihasilkan . Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
spirtus (2.4)
P
pompa W
W
=
η
dengan :
Wp : daya pemompaan (Watt) Wspritus : daya spritus (Watt)
Kolektor plat datar
fluida dalam pipa / saluran mengambil panas dan menuju ke evaporator. Jenis kolektor plat datar evacuated tube terdiri dari beberapa tabung individual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari beberapa tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated tube ini dapat mencapai temperatur 120 ºC dan dapat dimanfaatkan untuk sistem pendingin absorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.
Gambar 2.4 Kolektor Plat Datar Konvensional
Kolektor Plat Parabolik
Kolektor ini dengan 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 yaitu jenis tabung (Through) dan piringan (Dish). Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur
90 ºC sampai 290 ºC dengan efisiensi η maksimum 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.
Gambar 2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis Piringan
Faktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor. Faktor efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan :
UL : faktor koefisien panas di kolektor W/(m2K) Ts2 : temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (ºC) Ta : temperatur lingkungan (ºC)
Efisiensi 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.
(2.6)
dengan :
Ac : luasan kolektor (m2)
CP : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K)) dt : lama waktu pemanasan (s)
G : radiasi surya yang datang (W/m2) mf : massa fluida kerja pada evaporator (kg)
ΔT : kenaikan temperatur spritus (ºC)
dt
G
Ac
kolektor
=
.
.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Pompa termal Kolektor surya
Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian
Keterangan pompa :
1. Tuning pipe 7. Selang keluaran
2. Kran osilasi 8. Evaporator
3. Gelas ukur 9. Pendingin
4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida
5. Katup hisap satu arah 11. Rangka
Keterangan kolektor surya:
1. Isolasi
2. Reflektor
3. Pipa riser
4. CPC 5. Rangka 6. Evaporator
34
c
m
55
c
m
5 c
m
21
c
m
1 cm 3cm
Gambar 3.2 Detail Evaporator Gambar 3.3 CPC Pada Kolektor
Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:
2. Kotak pemanas / pembakar dengan bahan bakar spirtus
3. Pendingin yaitu terdiri dari udara alami dan air dari kondenser / thermosifon
4. Tuning pipe atau pipa osilasi
Kolektor surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama: 1. Reflektor dengan aluminium foil
2. Pipa riser
3. CPC(Compound Parabolic Collector )
3.2 Prinsip Kerja Alat
Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut :
Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet air (Water Puls Jet). Kondenser yang digunakan berbentuk pipa PVC. Pada penelitian ini menggunakan dua macam pendingin sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki yang dihubungkan ke kondenser dengan pipa evaporator Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami dan pendingin udara (alami).
sumber masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.
Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan sebagai berikut :
Kolektor yang digunakan adalah jenis kolektor CPC. Fluida yang digunakan didalam pipa evaporator yaitu oli. Kolektor menerima radiasi Energi surya yang datang dipantulkan oleh reflektor ke pipa riser yang berisi fluida oli. Oli yang panas akan mengalir secara alami ke luar menuju evaporator yang terletak diatas kolektor. Panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja pada pipa kecil bagian tengah evaporator yang dihubungkan ke pompa.
3.3 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu :
1. Variasi bukaan kran yaitu 0º terbuka penuh, tertutup 15º, dan tertutup 30 º 2. Variasi ketinggian head yaitu 1 m, 1,50 m, dan 1,75 m.
Gambar 3.4 Variasi Bukaan Kran
1
,75m
Pendingin air
Evaporator
Gambar 3.6 Variasi Pendinginan
3.4 Variabel yang Diukur
Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada Pompa
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data
Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah – langkah pengambilan data pompa :
1. Alat diatur pada ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0º dengan pendingin udara.
2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem. 3. Memasang alat ukur yang digunakan. 4. Mengisi bahan bakar spirtus.
5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.
6. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4, t out dan volume air yang dihasilkan pompa
7. Ulangi no 1 – 6 pada variasi yang selanjutnya.
Langkah – langkah pengambilan data kolektor : 1. Persiapan alat.
2. Mengisi fluida kerja kolektor dengan fluida kerja oli. 3. Pemanasan kolektor dibawah terik sinar matahari langsung.
4. Mencatat suhu T5, T6, T7, T8 dan radiasi surya yang datang pada rentang waktu tertentu (G ).
3.6 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan (t) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa)
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian kolektor yaitu : temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8), dan radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor).
Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : variasi vs daya pemompaan vs efisiensi pompa, t (menit) vs T pompa (ºC), t (menit) vs efisiensi kolektor vs faktor efisiensi kolektor dan t (menit) vs T kolektor (ºC).
3.7 Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Solar Meter
b. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir . c. Gelas Ukur
Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.
d. Ember
Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
f. Thermo Logger
Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit.
g. Termokopel
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Pada pengambilan data penelitian ini memperoleh data pompa dan kolektor seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.23.
Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º
Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º
Tabel 4.2 ( lanjutan )
Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°
Tabel 4.3 ( lanjutan )
Tabel 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°
Tabel 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
Tabel 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.6 ( lanjutan )
Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
Tabel 4.7 ( lanjutan )
Tabel 4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
Tabel 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m Tabel 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m
Tabel 4.10 ( lanjutan )
Tabel 4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
Tabel 4.11 ( lanjutan ) Tabel 4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
Tabel 4.13 ( lanjutan )
Tabel 4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
Tabel 4.14 ( lanjutan ) Tabel 4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air
Tabel 4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran
Data Head Bukaan Vol Waktu V out
(m) kran Spirtus (ml) (menit) (liter)
I 1.75 0º 25 11,52 4,80
II 1.75 0º 25 13,97 3,25
I 1.75 Tertutup 15º 25 10,82 1,25 II 1.75 Tertutup 15º 25 18,53 4,37
I 1.75 Tertutup 30º 25 17,25 2,25 II 1.75 Tertutup 30º 25 24,10 3,80
Tabel 4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head
Data Head Vol Waktu V out
(m) Spirtus (ml) t (menit) (liter)
I 1.75 25 11,52 4,80 II 1.75 25 13,97 3,25
I 1.5 25 20,7 4,06
II 1.5 25 26,07 3,09
I 1 25 18,50 3,30
II 1 25 16,91 3,52
Tabel 4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin
Data Head Bukaan Jenis Vol Waktu V out
(m) kran Pendingin Spirtus (ml) (menit) (liter)
I 1.75 0º Udara 25 11,52 4,80
II 1.75 0º Udara 25 13,97 3,25
I 1.75 0º Air 25 20,60 6,75
Tabel 4.20 Data I Temperatur Penelitian Kolektor CPC
Tabel 4.21 Data II Temperatur Penelitian Kolektor CPC
Tabel 4.22 Data III Temperatur Penelitian Kolektor CPC
Tabel 4.23 Data IV Temperatur Penelitian Kolektor CPC
4.2 Perhitungan
4.2.1 Perhitungan Pompa
Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.17 data I variasi bukaan 0 º :
Perhitungan nilai Q ( debit )
Dimana besarnya volume keluaran sebesar 4800 ml , dan waktu yang diperlukan selama 691 detik,sehingga debit yang dihasilkan :
Q =
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut : Tabel 4.24 Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head
Data Head Debit Daya pompa η
Tabel 4.25 Perhitungan Pompa Variasi Bukaan Kran
Data Head Bukaan Debit Daya pompa η
Tabel 4.26 Perhitungan Pompa Variasi Jenis Pendingin
4.2.2 Perhitungan Kolektor
Berikut ini adalah contoh perhitungan faktor efisiensi kolektor Tabel 4.20 Data I pengujian kolektor CPC
¾ Massa oli evaporator ( ms = mf )= 0,329 kg
Sehingga F’ yang dihasilkan :
( )
Perhitungan efisiensi kolektor :
= 6,633 %
*) nilai faktor efisiensi maksimum adalah 1 dan minimum adalah 0, efisiensi yang bernilai negatif tidak digunakan (diabaikan).
Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut : Tabel 4.27 Perhitungan Data I Pada Penelitian Kolektor CPC
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
Tabel 4.28 Perhitungan Data II Pada Penelitian Kolektor CPC
Tabel 4.29 Perhitungan Data III Pada Penelitian Kolektor CPC
Tabel 4.30 Perhitungan Data IV Pada Penelitian Kolektor CPC
4.3. Grafik dan Pembahasan Pompa
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa
Pembahasan :
KRAN
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa
Pembahasan :
0
Gambar 4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara
Pembahasan :
0
Gambar 4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,50 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara
Pembahasan :
0
Gambar 4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara
Pembahasan :
0
Gambar 4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Bukaan Kran 15º Head 1,75 m dan Pendingin Udara
Pembahasan :
0
Gambar 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Bukaan Kran 30º Head 1,75 m dan Pendingin Udara
Pembahasan :
0
Gambar 4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Pendingin Air Bukaan Kran 0º dan Head 1,75 m
Pembahasan :
4.4. Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC
Gambar 4.9 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data I Kolektor CPC
Pembahasan :
0.00 0.10 0.20 0.30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
t (menit)
η
(%
)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
F'
Gambar 4.10 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data II Kolektor CPC
Pembahasan :
0.00
Gambar 4.11 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data III Kolektor CPC
Pembahasan :
0.00
Gambar 4.12 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC
Pembahasan :
0
Gambar 4.13 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I Kolektor CPC
Pembahasan :
0 10 20 30 40 50 60 70
0 2 4 6 8 10 12 14
t ( menit )
T (
ºC
)
t ( menit ) vs T5 ( ºC )
t ( menit ) vs T6 ( ºC )
t ( menit ) vs T7 ( ºC )
t ( menit ) vs T8 ( ºC )
Gambar 4.14 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II Kolektor CPC
Pembahasan :
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10 12 14
t ( menit )
T
( ºC
)
t ( menit ) vs T5 ( ºC )
t ( menit ) vs T6 ( ºC )
t ( menit ) vs T7 ( ºC )
t ( menit ) vs T8 ( ºC )
Gambar 4.15 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III Kolektor CPC
Pembahasan :
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 8 10 12 14
t ( menit )
T
( º
C
)
t ( menit ) vs T5 ( ºC )
t ( menit ) vs T6 ( ºC )
t ( menit ) vs T7 ( ºC )
t ( menit ) vs T8 ( ºC )
Gambar 4.16 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data IV Kolektor CPC
Pembahasan :
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.119 Watt pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0ºC dan pendingin udara. 2. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,152 % pada variasi
ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0ºC dan pendingin udara. 3. Debit (Q) maksimum 0,417 (liter/menit) pada variasi ketinggian
head 1,75, bukaan kran 0ºC dan pendingin udara 4. Faktor efisiensi kolektor (F’) maksimum 0,925 5. Efisiensi kolektor (ηkolektor) maksimum 10,226 % 6. Temperatur T7 maksimum kolektor 61 ºC.
5.2 Saran
1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak mempengaruhi kerja sistem.
3. Dalam pengambilan data pada kolektor surya usahakan pada kondisi cuaca yang mendukung.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Prof.Wiranto, Teknologi Rekayasa Surya, Material Penyimpan Panas (Bab 4), 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, (2003), Thermal Water Pumps On The Basis Of
Fluid Piston Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion Engineering Conference, Portsmouth, Virginia
Smith, Thomas. C. B, (2005), Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines . Pages 1-3, www.Thermofluidic.com
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, Pages 1167-1173
Wong, Y.W, Sumathy, K, (2000). Performance of a solar water pump with n-pentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management, Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927.
Gambar 1. Thermo Logger Gambar 2. Kran Pengatur Osilasi
Gambar 5. Gelas Ukur Gambar 6. Kran Pengisi Evaporator
Gambar 9. Solar Meter Gambar 10. Kolektor CPC
