POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL

(1)

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN

EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh: LEO SUKOTO NIM : 065214015

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

(2)

THERMAL ENERGY WATER PUMP USING

EVAPORATOR FOUR PARALLEL PIPE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program

By : LEO SUKOTO NIM : 065214015

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

(3)

(4)

(5)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah dibuat dan belum pernah diajukan di perguruan tinggi manapun. Kami dapat mempertanggung jawabkan bahwa Tugas Akhir ini merupakan hasil karya yang otentik serta sepanjang pengetahuan kami juga tidak terdapat karya yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 11 Juni 2010

Penulis

(6)

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Leo Sukoto

Nomor Mahasiswa : 065214015

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR EMPAT PIPA PARALEL

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

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 11 Juni 2010

Yang menyatakan

Leo Sukoto

(7)

INTISARI

Air sangat penting bagi kehidupan, sedangkan sumber mata air yang lebih rendah dari tempat pemakaian diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi tidak semua daerah terdapat jaringan listrik. Alternatif lain yang bisa digunakan sebagai penggerak pompa air adalah menggunakan energi termal berbahan bakar spiritus.

Pada penelitian ini bertujuan melakukan pembuatan pompa air energi termal menggunakan evaporator empat pipa paralel. Beberapa faktor yang mendasari perancangan evaporator tersebut antara lain sebagai upaya pengembangan pompa air energi termal serta bila ditinjau secara teknisi pembuatannya mudah dan praktis dengan memiliki kelebihan bentuk yang sangat sederhana tetapi tetap mampu melakukan pemompaan dengan cukup baik. Beberapa tujuan lain yang dilakukan dalam penelitian yaitu untuk mengetahui debit, daya dan efisiensi pompa air energi termal jenis pulse jet.

Pompa air energi termal yang telah dibuat terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, (1) evaporator, (2) kotak spiritus / pembakaran dan (3) tuning pipe (pipa osilasi). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa antara lain :

Temperatur sisi atas evaporator (T1), temperatur sisi dibawah kotak pembakaran spiritus (T2), temperatur air keluaran (T3), temperatur udara ruang (T4).

Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head (1,5 m, 1,8 m dan 2,5 m), diameter selang osilasi (3/8 inci dan 1/2 inci). Hasil penelitian yang telah dicapai menunjukkan debit maksimum (Q) 0,461 liter/menit, daya pompa maksimum (Wp) 0,136 Watt, efisiensi pompa maksimum ( ) 0,028 %.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Jesus Kristus dan Bunda Maria atas segala berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu 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 Menggunakan Evaporator Empat Pipa Paralel ” 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 Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Budi Setyahandana, S.T., M.T_.selaku dosen pembimbing akademik. 5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan

materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Laboran ( Ag. Rony Windaryawan ) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.

(9)

7. Kedua orang tua yang selalu setia memberi semangat dan dukungan baik secara material ataupun doa-doanya.

8. Rekan kerja Sukmarta Putra dan Alm.Septian Andri Aditya yang saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir.

9. Yang terkasih Valentina Dian Indriani yang selalu setia mendampingi dan memberikan motivasi dalam berbagai hal.

10.Seluruh keluarga besar mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan dukungan selama ini.

11.Teman – teman Kost Patria yang saling berbagi menjadi keluarga selama di Yogyakarta.

12.Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

Yogyakarta, 11 Juni 2010

Penulis

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.l Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 4

1.6 Perencanaan Perancangan ... 5

1.7 Perawatan Alat ... 5

(11)

BAB II. DASAR TEORI ... 7

2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ... 7

2.2 Dasar Teori ... 9

2.3 Penerapan Rumus ... .15

BAB III. METODE PENELITIAN ... 18

3.1 Deskripsi Alat ... 18

3.1.1 Komponen Utama Alat ... 21

3.1.2 Perancangan Evaporator ... 22

3.2 Prinsip Kerja Alat ... 22

3.3 Variabel yang Divariasikan ... 24

3.4 Variabel Pengukuran ... 26

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 27

3.6 Analisa Data ... 28

3.7 Peralatan Pendukung ... 29

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

4.1 Data Penelitian Alat ... 31

4.1.1 Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dengan Variasi Head ... 31

4.1.2 Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dengan Variasi Head ... 34

4.2 Data Hasil Pengujian Pompa ... 36

4.3 Data Pengujian Spirtus ... 38

4.4 Perhitungan dan Pembahasan Pompa ... 38

4.4.1 Data Hasil Perhitungan ... 40

(12)

4.4.2 Grafik dan Pembahasan Pompa ... 41

4.4.3 Grafik Hubungan Suhu dengan Jenis Variasi ... 46

4.4.4 Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu... 48

BAB V. PENUTUP ... 54

5.1Kesimpulan ... 54

5.2Saran ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... 56

LAMPIRAN ... 57

1. Gambar Alat ... 58

2. Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 3 Pipa ... 61

2.1Data Penelitian Alat ...61

2.2 Hasil Perhitungan Pompa ...70

2.2 Grafik Pompa dan Suhu ...71

(13)

DAFTAR TABEL

4.1 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,5 m ... 31

4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,5 m ... 31 4.3 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,5 m... 32 4.4 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,8 m... 32 4.5 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,8 m... 32 4.6 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

dan Head 1,5 m... 34

(14)

4.12 Data III Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dan Head 1,5 m... 34 4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci

dan Head 2,5 m... 36 4.19 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang

Osilasi 3/8 Inci... 37 4.20 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang

Osilasi 1/2 Inci... 37 4.21 Data Pengujian Spirtus... 38 4.22 Perhitungan Pompa Variasi Head dengan Selang

Osilasi 3/8 inci... 40 4.23 Perhitungan Pompa Variasi Head dengan Selang

Osilasi 1/2 inci... 40 4.24 Perhitungan Daya Spirtus... 41

(15)

DAFTAR GAMBAR

2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ... 9

2.2 Dimensi Evaporator ... 10

2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ... 11

2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ... 12

2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump ... 13

2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ... 14

2.7 Sistem Kerja Nifte Pump ... 15

3.1 Skema Pompa Air Energi Termal ... 18

3.2 Dimensi Evaporator ... 22

3.3 Satu Siklus Kerja Pompa ... 24

3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi ... 25

3.5 Variasi Ketinggian Head ... 26

3.6 Posisi Termokopel Pada Pompa ... 27

4.1 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Debit Pompa Maksimum ... 42

4.2 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Daya Pompa Maksimum ... 43

4.3 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Efisiensi Pompa Maksimum ... 45

4.4 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan Suhu ( T1 ) Maksimum ... 46

(16)

4.5 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan

Suhu ( T2 ) Maksimum ... 47 4.6 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang

Osilasi 3/8 inci dengan Head 1,5 m ... 48 4.7 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang

Osilasi 1/2 inci dengan Head 2,5 m ... 53

(17)

1

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 punya tidak manfaatkan dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu

mempunyai ketergantungan terhadap negara lain padahal potensi yang

dimiliki bangsa ini seharusnya mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari

-hari. Negara kita sebenarnya cukup kaya, karena tidak hanya air yang

tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun

sudah tersedia.

Selama ini pada umumnya pompa air biasa menggunakan energi

listrik (motor listrik), tetapi permasalahannya belum semua wilayah di

Indonesia terdapat jaringan listrik, selain itu penggunaan energi listrik yang

berlebihan menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga

berdampak terjadinya krisis energi serta mengurangi kemampuan

masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lainnya. Salah satu

alternatif lain yang bisa diterapkan yaitu menggunakan pompa air energi

(18)

2

teknologi yang semakin maju serta untuk mengatasi berbagai permasalahan

dan dampak tersebut, penulis melakukan penelitian dengan membuat pompa

air energi termal menggunakan evaporator empat pipa paralel. Beberapa

faktor yang mendasari perancangan alat tersebut antara lain sebagai upaya

pengembangan pompa air energi termal serta bila ditinjau dari segi teknisi

terletak dalam pembuatan bagian evaporator yang cukup mudah dan praktis

karena memiliki kelebihan pada bentuknya yang sederhana tetapi tetap bisa

bekerja dengan cukup baik dan mampu melakukan pemompaan secara

maksimal. Selanjutnya apabila ditinjau dari keseluruhan bentuk alatnya

tergolong kedalam jenis pompa pulse jet dengan kelebihan pada sistem kerja

yang efektif dan paling sederhana dibandingkan dengan jenis pompa yang

lainnya. Sehingga penelitian ini mempunyai peluang dapat diaplikasikan

menjadi alat yang berguna bagi masyarakat.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dapat dirumuskan pada perancangan alat ini

adalah sebagai berikut:

1. Indonesia mengandung sumber mata air yang berlimpah.

2. Salah satu jalan alternatif yang bisa dibuat secara sederhana dan

mudah adalah menggunakan pompa air energi termal jenis

pulsejet.

3. Model pompa air energi termal yang dirancang menggunakan

(19)

3

diameter selang osilasi untuk mengetahui debit (Q), daya pompa

(Wp) dan efisiensi pompa ( pompa).

4. Variabel pengukuran pada pengujian pompa air energi termal

menggunakan empat pipa paralel secara keseluruhan antara lain :

a. Suhu ( T1, T2, T3, T4 ).

b. Waktu pemompaan (t out).

c. Volume keluaran yang dihasilkan (V).

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian pompa air energi termal menggunakan empat

pipa paralel yang telah dilakukan ini antara lain :

1. Menerapkan teori yang sudah ada ke dalam praktek pembuatan dan

pengujian alat.

2. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi ( pompa)

maksimum.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat perancangan karya Tugas Akhir yang telah dibuat adalah

sebagai berikut :

1. Menambah literatur ( pustaka ) tentang pompa air energi termal

sebagai energi alternatif.

2. Dapat diaplikasikan pada masyarakat luas khususnya wilayah

(20)

4

3. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.

1.5 Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka

perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

1. Perancangan pompa air energi termal menggunakan evaporator

dengan jumlah empat pipa tembaga berukuran

½

inci.

2. Variasi pengambilan data yang dilakukan mencangkup diameter

selang osilasi berukuran

½

dan inci, serta ketinggian head

selang air keluaran 1,5 ; 1,8 dan 2,5 m.

3. Pengukuran suhu meliputi temperatur pipa evaporator bagian atas

dan bagian bawah tempat pembakaran, temperatur air keluaran

serta temperatur udara ruang.

4. Pengambilan keseluruhan data dan volume air keluaran dilakukan

saat memulai pembakaran dan setiap selang waktu 3 menit

selanjutnya sampai api padam.

5. Rugi – rugi gesekan, belokan, pengecilan atau pembesaran ( head

(21)

5

1.6 Perencanaan Perancangan

Bagian utama dari perencanaan pompa air energi termal ialah

perancangan pada evaporator yang akan digunakan. Dalam pembuatan

evaporator tersebut dilakukan pemilihan bahan memakai pipa tembaga

dengan alasan memiliki konduktivitas termal / mampu menghantarkan panas

secara baik dan tahan pada suhu yang tinggi. Perakitan evaporator dirangkai

secara paralel yang dipasang secara vertikal supaya memperoleh keuntungan

dari tekanan fluida didalamnya. Dalam hal ini evaporator juga dilengkapi

dengan kotak spirtus yang akan difungsikan sebagai tempat pembakaran dan

lubang di bagian head evaporator yang didesain beserta tutup sebagai tempat

pengisian fluida agar tidak ada udara yang terjebak di dalam pipa, karena

jika itu sampai terjadi akan berakibat mengurangi daya kerja pompa. Pada

penyambungan pipa – pipa tersebut diusahakan vakum dan tidak terjadi

kebocoran guna menjaga tekanan di dalam evaporator tetap stabil.

1.7 Perawatan Alat

Perawatan alat secara berkala perlu dilakukan untuk menjaga kondisi

alat supaya kinerja pada sistem dapat mencapai hasil maksimal. Hal-hal

yang perlu diterapkan antara lain :

a. Evaporator

Kondisi evaporator tergantung pada seringnya pembakaran yang

(22)

6

pada sambungan dan dilakukan pembersihan kerak-kerak sisa

hasil pembakaran yang menempel pada pipa tembaga.

b. Katup

Pemeriksaan yang perlu dilakukan apabila katup tersumbat oleh

kotoran dalam air serta penggantian karet pada katup jika terjadi

kebocoran.

c. Selang osilasi dan sambungan selang

Pada bagian ini kendala yang sering dialami ialah kebocoran,

sehingga perlu dilakukan pengecekan dan penyambungan antar

(23)

7

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian pada pompa air energi termal memperlihatkan bahwa

waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air

pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa

energi termal berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air

dengan variasi head antara 2 – 5 m ( Mahkamov, 2003 ). Penelitian pompa

air energi termal oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang

sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ).

Penelitian pompa air energi termal memperlihatkan bahwa waktu

pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin

masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian secara teoritis

pompa air energi 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 termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah

siklus per 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

(24)

8

Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir

“Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal

Menggunakan Pompa Rendam” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel

kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah

0,0893 Watt, Efisiensi sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor

efisiensi maksimum adalah 57,218 % ( Yoanita, 2009 ).

Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39

CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa ( Wp )

maksimum adalah 0.139 watt, efisiensi pompa ( pompa ) maksimum

0.060 % pada variasi bukaan kran 30 º, dan debit ( Q ) maksimum 0,697

liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh

atau 0 º dengan pendingin udara ( Suhanto, 2009 ).

Selanjutnya dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan

Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya

pompa ( Wp ) maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa ( pompa )

maksimum 0,213 %, dan debit ( Q ) maksimum 0.584 liter/menit pada

variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0º dengan pendingin udara

(25)

9

2.2 Dasar Teori

Pompa air energi termal pada umumnya menggunakan jenis pulsa jet

air (water pulse jet) seperti pada gambar 2.1 dan gambar 2.2, pompa air

energi termal dengan jenis fluidyn pump seperti gambar 2.4, serta pompa

air energi termal dengan jenis nifte pump pada gambar 2.6. Pada penelitian

ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water pulse jet) dengan

menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air

energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet

( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44

(26)

10

Gambar 2.2 Dimensi Evaporator

( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC

dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

Keterangan Gambar 2.1 :

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

(27)

11

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet

( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston

Engines of Thomas Smith )

Keterangan bagian-bagian pulse jet :

1. Fluida air 5. Tuning pipe

2. Sisi uap 6. Katup hisap

3. Sisi panas 7. Katup buang

(28)

12

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid

Piston Engines of Thomas Smith )

Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

1. Displacer 6. Katup hisap

2. Penukar panas 7. Katup buang

3. Pemicu regenerasi 8. Sisi volume mati

4. Penukar panas 9. Pengapung

5. Tuning pipe

(29)

13

Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump

( Sumber : Liquid Piston Stirling Engines of Van Nostrnad

Reinhold Publishing )

Prinsip kerja jenis fluidyn pump ialah pada bagian yang

dipanasi menghasilkan uap, sehingga fluida di bagian sisi panas turun dan

memberikan tekanan pada bagian sisi dingin yang menyebabkan air

terdorong keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi karena uap

di bagian sisi panas mengalami pengembunan disertai dengan bantuan

penukar panas, kemudian fluida pada sisi dingin menggantikan atau

(30)

14

Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump

( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston

Engines of Thomas Smith )

Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :

1. Kekuatan piston 6. Katup

2. Beban 7. Saturator

3. Silinder displacer 8. Difusi kolom

4. Evaporator 9. Perpindahan panas

(31)

15

Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump

( Sumber : WWW.Wikipedia.co.id )

Nifte pump memiliki dua silinder vertikal (1 dan 2) yang terhubung

pada bagian atas (3), Sambungan lain terdapat di bagian bawah

menggunakan katup penghambat atau penutup (4). Pada saat tekanan uap

yang dihasilkan oleh evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan

beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses

penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser,

hal ini terus terulang secara terus menerus.

2.3 Penerapan Rumus

Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan

waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan :

t V

(32)

16

Dengan:

V : volume air keluaran (ml)

t : waktu yang diperlukan (detik)

Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan

persamaan :

H

Q

g

P

W

=

ρ

.

…... (2.2)

Dengan:

ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

Q : debit pemompaan (m3/s)

H : head pemompaan (m)

Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan

seperti berikut :

t

T

c

m

W

_spirtus

=

.

p

.

∆

…... (2.3)

Dengan :

mair : massa air yang dipanasi (kg)

Cp : panas jenis air (J/Kg ºC)

T : kenaikan temperatur (o C)

(33)

17

Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya

pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya

fluida yang dihasilkan. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

…... (2.4)

Dengan :

Wp : daya pemompaan (watt)

Wspritus : daya spritus (watt) Wspritus

(34)

18

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

Bagian – bagian yang berperan pada sistem kerja pompa air energi

termal secara keseluruhan dapat ditunjukan pada gambar 3.1,diantaranya

sebagai berikut :

(35)

19

Keterangan bagian – bagian pompa air energi termal :

1. Evaporator

Merupakan bagian utama penerima sumber panas sebagai

pemompa air.

2. Tutup evaporator

Berfungsi sebagai penutup lubang pengisian fluida pada

evaporator.

3. Seng

Digunakan untuk menutup bagian evaporator supaya api dan

panas yang dihasilkan tetap terjaga .

4. Kotak spirtus / pembakaran

Berbentuk persegi panjang sebagai tempat spirtus pada waktu

pembakaran.

5. Katup tekan

Merupakan katup penahan dan pendorong air keluaran akibat

tekanan uap air pada evaporator. Katup ini bekerja menahan air

di dalam selang keluaran agar tidak kembali lagi ke sumber dan

menekan air keluar ke atas.

6. Katup hisap

Katup yang bekerja sebagai penghisap fluida di dalam tangki

(36)

20

7. Tangki air

Tempat yang digunakan sebagai penampung sumber air yang

akan dipompa.

8. Selang keluaran

Merupakan selang jalan keluarnya fluida yang terhisap dari

tangki dan tertekan keluar akibat pemompaan.

9. Corong

Corong merupakan alat penerima dan penerus air keluaran

sebagai penghubung antara selang keluaran naik dan selang

keluaran air yang menuju ke bawah / ke dalam gelas pengukur.

10.Kran pipa osilasi

Kran yang berperan untuk membuka dan menutup aliran air

antara selang osilasi

½

dengan inci.

11.Selang osilasi

Merupakan selang yang berguna dalam memberikan ruang gerak

(37)

21

12.Gelas ukur

Berfungsi untuk menampung air keluaran secara sementara yang

selanjutnya digunakan sebagai alat pengukur volume air yang

diperoleh.

13.Rangka

Pemakaian rangka terbuat dari besi siku lubang sebagai kerangka

penyangga / tempat pemasangan keseluruhan sistem pompa air

energi termal.

3.1.1 Komponen Utama Alat

Pada penelitian pompa air energi termal ini terdiri dari tiga

komponen utama yaitu :

1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai

bagian yang dipanasi.

2. Kotak pemanas / pembakaran yang terbuat dari plat tembaga

sebagai tempat bahan bakar spirtus.

3. Tuning pipe atau pipa osilasi dengan menggunakan selang

(38)

22

3.1.2 Perancangan Evaporator

Pada pembuatan evaporator digunakan pipa tembaga berukuran

½

inci yang dirancang seperti pada gambar 3.2 :

Gambar 3.2 Dimensi Evaporator

3.2 Prinsip Kerja Alat

Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water

pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula

dipanaskan dengan melakukan pembakaran spirtus di dalam kotak.

Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja sehingga terjadi

osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup, air dalam sistem

(39)

23

keluaran, kemudian uap di dalam evaporator mengalami pengembunan.

Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah

tekanan atmosfir atau vakum), sehingga air dari sumber tangki penampung

terhisap masuk melalui katup hisap yang kembali 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 akibat

pendinginan) disebut satu siklus, seperti pada gambar 3.3. Siklus ini

berlangsung secara cepat, sehingga air dalam tangki terhisap masuk dan

tertekan keluar menuju saluran buang juga berlangsung seiring berjalannya

siklus tersebut. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah

masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada

(40)

24

Gambar 3.3 Satu SiklusKerja Pompa

3.3 Variabel yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian pompa air energi termal

yaitu :

1. Variasi diameter selang osilasi ( 1/2 dan 3/8 inci ) seperti pada

gambar 3.4 .

2. Variasi ketinggian head ( 1,5 ; 1,8 dan 2,5 m ) seperti pada

gambar 3.5 .

Satu langkah tekan

(41)

25

Gambar 3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi

3/8 Inci

(42)

26

Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head

3.4 Variabel Pengukuran

Variabel-variabel pengukuran pada pengujian pompa air energi

termal seperti gambar 3.6 antara lain :

- Temperatur pipa sisi bagian atas evaporator (T1) ,

- Temperatur pipa sisi bagian bawah kotak pemanas spirtus (T2) ,

- Temperatur air keluaran (T3) ,

(43)

27

Gambar 3.6 Posisi Termokopel Pada Pompa

Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut akan dilakukan

perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi

pompa ( pompa) serta daya spirtus (Wspirtus).

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data

Metode pengumpulan data merupakan cara-cara memperoleh data

(44)

28

mengumpulkan data ialah menggunakan metode langsung. Penulis

mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

Langkah – langkah pengambilan data pompa tersebut antara lain :

1. Alat diatur pada ketinggian head 1,50 m.

2. Mengatur penggantian selang osilasi dengan diameter 3/8 inci.

3. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem.

4. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan.

5. Mengisi bahan bakar spirtus.

6. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

7. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4 dan waktu serta volume air yang

dihasilkan pompa.

8. Ulangi no 2 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan diameter selang

osilasi ½ inci.

9. Ulangi no.2 – 8 pada pengujian selanjutnya menggunakan head 1,8 m

kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m.

3.6 Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu :

temperatur sisi atas evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas

spirtus (T2), temperatur air keluaran (T3), temperatur udara sekitar (T4),

volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit

(45)

29

debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (W_p) dan efisiensi pompa

( _pompa).

Analisa akan lebih mudah dilakukan melalui pembuatan grafik

hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

3.7 Peralatan Pendukung

Macam-macam peralatan pendukung yang digunakan dalam

penelitian pompa air energi termal ini adalah :

a. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pada saat memulai

pengujian disetiap selang waktu 3 menit sampai api padam.

b. Gelas Ukur

Gelas ukur dipakai untuk mengukur volume air yang keluar dari

pompa air setelah jangka waktu yang telah ditentukan.

c. Ember

Ember dimanfaatkan sebagai tangki 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 difungsikan untuk mengukur suhu pada evaporator dan

(46)

30

g. Termokopel

Digunakan untuk mendeteksi suhu pada pemasangan yang dibutuhkan

dengan menghubungkan ke layar yang terdapat padaThermo Logger .

h. Adaptor

(47)

31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian Alat

Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal

menggunakan evaporator 4 pipa paralel dengan volume spirtus 340 ml

diperoleh data-data pompa seperti berikut ini :

4.1.1 Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dengan Variasi Head

Data pada variasi selang osilasi 3/8 inci dengan dengan variasi

head dapat dilihat pada Tabel 4.1 sampai dengan Tabel 4.9 :

a) Head 1,5 meter

Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m

Waktu (menit) T1 T2 T3 T4 V keluaran (ml)

00:00 117 67 28 27 0

03:00 172 69 43 27 820

06:00 200 68 41 27 1280

09:00 188 70 41 27 1180

12:00 155 83 42 27 500

Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m

00:00 110 62 32 27 0

03:00 202 67 47 27 1000

06:00 211 68 42 26 1300

09:00 195 72 43 26 1280

12:00 161 85 38 26 380

Tabel 4.3 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci dan Head 1,5 m

(48)

32

00:00 149 68 29 26 0

03:00 213 69 42 26 920

06:00 214 70 43 27 1440

09:00 200 75 43 27 1300

12:00 170 86 37 27 400

b) Head 1,8 meter

00:00 32 32 27 27 0

03:00 96 47 36 26 270

06:00 257 99 46 27 1300

09:00 251 99 41 27 1580

12:00 240 98 42 27 930

12:05 219 93 32 27 0

00:00 185 68 33 26 0

03:00 259 73 43 27 1110

06:00 336 67 42 27 2020

09:00 338 69 43 27 1700

11:32 255 72 41 26 490

00:00 144 99 30 27 0

03:00 252 68 43 27 1100

06:00 366 116 36 27 1810

09:00 275 112 41 27 1740

(49)

33

a) Head 2,5 meter

Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8 inci dan Head 2,5 m

00:00 171 71 35 28 0

03:00 213 78 40 28 140

06:00 181 76 36 28 280

09:00 205 77 37 27 140

10:18 188 82 34 28 50

00:00 171 69 34 28 0

03:00 230 73 41 28 240

06:00 240 75 43 27 280

09:00 204 81 40 27 100

10:02 184 83 35 27 50

00:00 133 61 29 27 0

03:00 233 73 37 27 240

06:00 240 73 43 27 300

09:00 209 82 42 27 120

(50)

34

4.1.2 Variasi Selang Osilasi 1/2 Inci dengan Variasi Head

Data pada variasi selang osilasi 1/2 inci dengan dengan variasi

head dapat dilihat pada Tabel 4.10 sampai dengan Tabel 4.18 :

a) Head 1,5 meter

00:00 45 29 27 27 0

03:00 163 59 34 26 220

06:00 192 67 41 26 1240

09:00 198 74 40 26 1300

12:22 154 84 38 27 700

00:00 124 53 37 26 0

03:00 195 67 41 26 800

06:00 196 67 41 27 1240

09:00 267 60 40 27 1380

11:53 163 76 40 27 720

00:00 147 66 29 27 0

03:00 198 67 42 26 980

06:00 204 68 42 27 1400

09:00 189 72 41 27 1180

(51)

35

b) Head 1,8 meter

00:00 26 25 22 26 0

03:00 67 60 29 26 300

06:00 71 73 50 26 340

09:00 185 72 44 27 970

12:00 78 73 42 27 900

15:00 63 81 42 26 590

15:02 158 81 42 27 0

00:00 33 32 26 27 0

03:00 82 61 37 27 220

06:00 169 97 52 27 600

09:00 174 108 44 27 1110

12:00 169 110 43 27 1300

15:00 166 105 43 27 1210

18:00 172 109 43 27 1110

20:48 133 110 29 27 430

00:00 109 74 28 27 0

03:00 140 94 44 27 610

06:00 155 94 45 27 1300

09:00 187 105 45 27 1110

(52)

36

c) Head 2,5 meter

00:00 27 26 27 27 0

03:00 89 68 27 26 220

06:00 198 75 27 27 140

09:00 204 78 36 27 220

11:26 176 84 32 27 50

00:00 156 73 32 27 0

03:00 104 72 38 27 240

06:00 211 72 37 28 320

09:00 201 77 36 27 220

10:02 178 82 35 27 50

00:00 162 75 37 27 0

03:00 203 72 41 27 240

06:00 214 74 46 28 340

09:00 168 82 37 27 100

4.2 Data Hasil Pengujian Pompa

Data hasil pengujian pompa dapat diketahui setelah melakukan

pengujian secara keseluruhan dari variasi ketinggian head dan variasi

(53)

37

Tabel 4.19 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang Osilasi 3/8 Inci

Data Head Volume Waktu V keluaran

(m) spirtus(ml) (menit) (ml)

I 1,5 340 12:00 3780

II 1,5 340 12:00 3960

III 1,5 340 12:00 4060

I 1,8 340 12:05 4080

II 1,8 340 11:32 5320

III 1,8 340 10:59 4890

I 2,5 340 10:18 610

II 2,5 340 10:02 670

III 2,5 340 10:03 710

Tabel 4.20 Data Hasil Pengujian Variasi Head dengan Variasi Selang Osilasi

½

Inci

Data Head Volume Waktu V keluaran

(m) Spirtus(ml) (menit) (ml)

I 1,5 340 12:22 3460

II 1,5 340 11:53 4140

III 1,5 340 12:16 4080

I 1,8 340 15:02 3100

II 1,8 340 20:48 5980

III 1,8 340 11:36 3440

I 2,5 340 11:26 630

II 2,5 340 10:02 830

(54)

38

4.3 Data Pengujian Spirtus

Data pengujian daya spirtus yang diperoleh dari percobaan

pembakaran spirtus pada kotak pembakaran untuk memanaskan air 1,5

kg dapat dilihat pada tabel 4.21 :

Tabel 4.21 Data Pengujian Spirtus t

(detik)

T ( ºC )

0 25

30 26

60 27

90 28

120 30

150 32

180 34

210 36

240 40

270 42

300 45

330 48

360 51

390 53

420 57

450 60

4.4 Perhitungan dan Pembahasan Pompa

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data I Tabel

4.19 variasi head 1,5 m dengan selang osilasi 3/8 inci :

Perhitungan nilai Q ( debit ) dapat dihitung berdasarkan besarnya

volume keluaran sebesar 3780 ml dan waktu yang diperlukan selama 12

(55)

39 Q = menit 12 ml 3780

= 0,315 liter / menit

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan

ρsebesar1000 kg/m3 dan g sebesar 9,8 m/s2 melalui persamaan berikut :

Wp = 1000 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 0,0000053 m3/s . 1,5 m

= 0,077 watt

Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung setelah diketahui m_air

1,5kg dan T 35 ºC dengan C_psebesar 4200 J/kg ºC melalui persamaan

seperti berikut :

W spirtus ik det 450 C 35 . C kg / J 4200 . kg 5 ,

1 0 0

=

= 490 watt

Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut :

pompa =

watt 490

0,077

x 100

(56)

40

4.4.1 Data Hasil Perhitungan

Hasil perhitungan pompa selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.22 dan

Tabel 4.23 seperti berikut :

Tabel 4.22 Perhitungan Pompa Variasi Head dengan Selang Osilasi 3/8 inci

Data

Head Debit Debit Daya

Pompa

Efisiensi Pompa

( m ) Q (m

³

/s) Q (liter/menit) Wp (watt) (%)

I 1,5 0,0000053 0,315 0,077 0,016

II 1,5 0,0000055 0,330 0,081 0,017

III 1,5 0,0000056 0,338 0,083 0,017

I 1,8 0,0000056 0,338 0,099 0,020

II 1,8 0,0000077 0,461 0,136 0,028

III 1,8 0,0000074 0,445 0,131 0,027

I 2,5 0,000001 0,059 0,024 0,005

II 2,5 0,0000011 0,067 0,027 0,006

III 2,5 0,0000012 0,071 0,029 0,006

Tabel 4.23 Perhitungan Pompa Variasi Head dengan Selang Osilasi

½

inci

Data Head Debit Debit Daya

Pompa

Efisiensi Pompa

( m ) Q (m

³

/s) Q (liter/menit) Wp(watt) (%)

I 1,5 0,0000047 0,280 0,069 0,014

II 1,5 0,0000058 0,348 0,085 0,017

III 1,5 0,0000055 0,333 0,081 0,017

I 1,8 0,0000034 0,206 0,061 0,012

II 1,8 0,0000048 0,288 0,085 0,017

III 1,8 0,0000049 0,297 0,087 0,018

I 2,5 0,0000009 0,055 0,023 0,005

II 2,5 0,0000014 0,083 0,034 0,007

(57)

41

Tabel 4.24 Perhitungan Daya Spirtus

T ( C )

Waktu t ( detik )

Suhu T ( C )

Daya Wspirtus ( watt )

0 25 0

1 30 26 210

1 60 27 210

1 90 28 210

2 120 30 420

2 150 32 420

2 180 34 420

2 210 36 420

4 240 40 840

2 270 42 420

3 300 45 630

3 330 48 630

3 360 51 630

2 390 53 420

4 420 57 840

3 450 60 630

W spirtus total 7350

W spirtus rata-rata 490

4.4.2 Grafik dan Pembahasan Pompa

Grafik hubungan debit, daya dan efisiensi dengan jenis variasi dapat

(58)

42

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Head dan Selang Osilasi dengan

Debit Pompa Maksimum

Pembahasan :

Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa debit tertinggi terjadi pada

variasi head 1,8 m dan variasi selang osilasi 3/8 inci sebesar 0,461

liter/menit, sedangkan pada variasi head 1,5 m dan variasi selang osilasi

½

inci maksimum sebesar 0,348 liter/menit. Selanjutnya untuk variasi head

2,5 m hanya memiliki debit maksimum 0,083 liter/menit. Hal tersebut

disebabkan karena diameter selang osilasi dan ketinggian head juga

berpengaruh pada tinggi fluida yang berosilasi dan tekanan yang

dihasilkan. Pada selang osilasi 3/8 inci fluida yang berosilasi lebih cepat

dan lebih tinggi dibandingkan dengan selang osilasi ½ inci. Selanjutnya

pada head 1,8 m menghasilkan debit tertinggi diantara variasi head

lainnya karena terjadi tekanan uap air berlebih yang tinggi atau ideal di

(59)

43

dihasilkan juga lebih besar dengan waktu pemompaan selesai lebih cepat,

sedangkan debit yang dihasilkan oleh head 1,5 m lebih rendah dari pada

head 1,8 m karena tekanan uap air berlebih yang dibutuhkan untuk

menekan air keluar lebih kecil, sehingga terjadi osilasi dan volume air

keluaran yang lebih rendah atau kurang maksimal dengan waktu selesai

pemompaan yang lebih lama, kemudian pada head 2,5 m menghasilkan

debit yang paling rendah karena tekanan uap air berlebih yang dihasilkan

oleh evaporator kurang seimbang dengan besarnya daya dibutuhkan untuk

mendorong air keluar, sehingga tinggi fluida yang berosilasi tidak

sebanding dengan ketinggian head dan volume air keluaran yang

dihasilkan juga sedikit.

(60)

44

Pembahasan :

Berdasarkan gambar 4.2 terlihat bahwa daya pompa maksimum

adalah 0,136 Watt yang terdapat pada variasi ketinggian head 1,8 m, bila

dibandingkan dengan variasi head lainnya selisihnya cukup besar. Untuk

variasi head 1,5 m mampu menghasilkan daya maksimum sebesar 0,085

Watt dan pada head 2,5 m hanya memiliki daya maksimum 0,034 Watt.

Hal tersebut disebabkan ketinggian head juga mempengaruhi daya tekan

yang dihasilkan oleh pompa. Pada variasi head 1,5 m daya yang dihasilkan

lebih rendah dibandingkan head 1,8 m karena tekanan uap air yang

deperlukan untuk mendorong air keluar belum terlalu tinggi, tetapi air

sudah terdorong keluar, sehingga segera terjadi pengembunan dan hanya

menghasilkan daya kurang maksimal. Selanjutnya pada variasi head 1,8 m

memperoleh ketinggian yang ideal karena daya tekan yang dihasilkan uap

air di dalam evaporator untuk memberikan tekanan air keluar pada

ketinggian tersebut mampu mencapai titik maksimal disertai besarnya

debit yang dihasilkan, sedangkan pada variasi head 2,5 m menghasilkan

daya terkecil karena tekanan uap air berlebih yang dibutuhkan untuk

mendorong air keluar terlalu besar, tetapi sebelum memperoleh tekanan

berlebih yang maksimal, uap air dalam evaporator sudah mengalami

proses pengembunan, begitu berlangsung seterusnya, sehingga daya yang

diperoleh kecil disertai debit yang rendah. Selanjutnya daya maksimum

untuk variasi selang osilasi dihasilkan oleh selang osilasi 3/8 inci sebesar

(61)

45

mampu menghasilkan tekanan yang lebih cepat dan lebih tinggi bila

dibandingkan dengan selang osilasi

½

inci yang menghasilkan daya

maksimum 0,087 Watt.

Efisiensi Pompa Maksimum

Pembahasan :

Pada gambar 4.3 efisiensi maksimum pompa sebesar 0,028 % yang

terdapat pada variasi head 1,8 m, dalam grafik tersebut terlihat efisiensi

terkecil pada head 2,5 m yang hanya mampu menghasilkan efisiensi

maksimum 0,007 %, sedangkan pada head 1,5 m mampu menghasilkan

efisiensi maksimum 0,017 %. Selanjutnya untuk variasi selang osilasi

terlihat efisiensi maksimum 0,028 % dihasilkan oleh selang osilasi 3/8 inci

dan pada selang osilasi

½

inci hanya menghasilkan efisiensi maksimum

(62)

46

selang osilasi 3/8 inci dapat menghasilkan debit dan daya yang maksimal

sehingga mampu memperoleh efisiensi tertinggi dibandingkan dengan

variasi lainnya.

4.4.3 Grafik Hubungan Suhu dengan Jenis Variasi

Grafik hubungan suhu dengan jenis variasi bisa dilihat pada gambar

4.4 dan gambar 4.5 seperti berikut :

Suhu ( T1 ) Maksimum

Pembahasan :

Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa suhu ( T1 ) tertinggi terjadi

pada variasi head 1,8 m dengan selang osilasi 3/8 inci sebesar 366 C. Hal

ini disebabkan karena pada variasi tersebut diperlukan pemanasan fluida

dalam evaporator dan berhasil menjadi uap air berlebih mencapai titik

(63)

47

air keluar. Selanjutnya pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi

½

menghasilkan suhu ( T1 ) maksimum 267 C, karena pada ketinggian ini

tingkat uap air berlebih yang diperlukan untuk mendorong air keluar tidak

sebesar seperti pada head 1,8 m, sehingga suhu nya lebih rendah,

kemudian untuk head 2,5 m hanya mampu menghasilkan suhu ( T1 )

tertinggi sebesar 240 C disebabkan tekanan uap air yang dibutuhkan

untuk mendorong air keluar secara besar terlalu berat, sehingga uap air

dalam evaporator secara cepat terjadi proses pengembunan.

Suhu ( T2 ) Maksimum

Pembahasan :

Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa suhu ( T2 ) tertinggi terjadi

pada variasi head 1,8 m dengan selang osilasi 3/8 inci sebesar 116 C. Hal

ini disebabkan karena uap air berlebih yang bersuhu tinggi pada bagian

atas evaporator saat memberikan tekanan ikut terbawa sampai kebagian

bawah evaporator, sehingga suhu T2 juga naik. Selanjutnya pada variasi

(64)

48

maksimum pada head 2,5 m sebesar 84 C, hal ini disebabkan sama seperti

yang terjadi pada head 1,8 m, yang membedakan hanya suhu uap air pada

T1 lebih rendah, sehingga suhu T2 juga lebih kecil.

4.4.4 Grafik Hubungan Suhu dengan Waktu

Grafik hubungan suhu dengan waktu dapat dilihat pada gambar 4.6

sampai gambar 4.11 seperti berikut :

Gambar 4.6 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi Selang

Osilasi 3/8 inci dengan Head 1,5 m

Pembahasan :

Pada gambar 4.6 terlihat suhu T1 lebih tinggi dibandingkan suhu

lainnya, hal ini disebabkan karena pipa bagian atas evaporator selain

sering terkena pemanasan secara langsung, tetapi juga karena uap air

selalu naik keatas dan pada saat memperoleh tekanan berlebih baru akan

mendorong ke bagian bawah evaporator. Kenaikan suhu maksimum pada

0 50 100 150 200 250

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00

S

u

h

u

:

T

(

C

)

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(65)

49

T1 sebesar 200 ºC pada menit keenam dan terjadi penurunan suhu sewaktu

api padam menjadi 155 ºC, Sedangkan T2 terlihat terjadi kenaikan suhu

maksimum 83 ºC pada menit terakhir sewaktu api padam, karena uap air

yang berada diatas evaporator sebagian masih ada yang menekan turun

sampai kebawah, sehingga T3 air keluaran juga ikut naik dari 41 ºC

menjadi 42 ºC, sedangkan untuk suhu T4 sebesar 27 ºC cenderung selalu

tetap dari waktu awal pembakaran sampai api padam .

Pembahasan :

Pada gambar 4.7 terlihat Suhu T1, T2 dan T3 mengalami kenaikan

yang bersamaan secara cepat pada menit pertama sampai menit keenam,

selanjutnya mengalami penurunan yang cukup stabil seiring mengecilnya

0 50 100 150 200 250 300

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 12:05

S

u

h

u

:

T

(

C

)

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(66)

50

nyala api dan lebih seringnya mengalami proses pengembunan sebelum

uap air mencapai suhu yang tinggi. Suhu maksimum keseluruhan, kecuali

T4 terjadi pada menit keenam, T1 menghasilkan 257 ºC, T2 sebesar 99 ºC

dan T3 maksimum 46 ºC .

Gambar 4.8 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada Variasi

Selang Osilasi 3/8 inci dengan Head 2,5 m

Pembahasan :

Pada gambar 4.8 terjadi kenaikan suhu T1, T2 dan T3 secara

bersamaan pada waktu penyalaan api sampai menit ketiga, sedangkan pada

menit keenam sampai api padam T1 dan T2 berbanding terbalik, hal ini

disebabkan uap air pada T1 mengalami penekanan sampai ke bagian

bawah evaporator dan uap air yang berlebih secara cepat akan mengalami

pengembunan, sehingga T1 mengalami penurunan suhu dan T2 mengalami

0 50 100 150 200 250

0:00 3:00 6:00 9:00 10:18

S

u

h

u

:

T

(

C

)

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(67)

51

kenaikan yang besar akibat tekanan uap air yang terbawa sampai ke bagian

bawah, selanjutnya pada menit kesembilan kenaikan suhu T2 sudah cenderung

stabil karena uap air berlebih yang berada di bawah evaporator sudah terjadi

pengembunan secara cepat dan T1 mengalami kenaikan suhu lagi karena air

yang terhisap akibat pengembunan telah diubah menjadi uap air lagi. Pada

pengujian ini suhu maksimum T1 sebesar 213 ºC dimenit ketiga, T2

maksimum 161 ºC dimenit keenam, T3 maksimum 40 ºC terjadi pada menit

ketiga.

Pembahasan :

Dalam gambar 4.9 saat memulai pembakaran sampai menit kesembilan

terjadi kenaikan suhu yang cukup stabil seiring besarnya api yang dihasilkan

dari pembakaran spirtus, selanjutnya pada menit terakhir T1 mengalami

0 50 100 150 200 250

0:00 3:00 6:00 9:00 12:22

S

u

h

u

:

T

(

C

)

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(68)

52

penurunan suhu cukup besar karena padamnya api, sedangkan T2 tetap terjadi

kenaikan suhu yang disebabkan oleh tekanan uap air berlebih sampai ke bawah

evaporator dan suhu T3 cenderung turun karena mengalami pendinginan dari

udara ruang. Suhu maksimum T1 terjadi pada menit kesembilan sebesar 198

ºC, T2 maksimum pada saat api padam sebesar 84 ºC, dan T3 maksimum 41 ºC

terjadi pada menit keenam .

Pembahsan :

Dalam gambar 4.10 terlihat kenaikan suhu T1 maksimum pada menit

kesembilan sebesar 185 ºC seiring besarnya api yang dihasilkan, selanjutnya

mengalami penurunan yang cukup besar karena uap air yang memiliki tekanan

berlebih setelah berhasil menekan air keluar, maka ruang di dalam evaporator

menjadi vakum, sehingga terjadi pengembunan dan menghisap sumber air

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 15:02

S u h u : T ( C )

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(69)

53

yang lebih dingin secara cepat. Dalam pengujian ini T2 maksimum terjadi pada

waktu 15 menit sampai api padam sebesar 81 ºC dan T3 maksimum

menghasilkan suhu 50 ºC saat 6 menit setelah mulai pembakaran .

Pembahasan :

Pada gambar 4.11 suhu T1 mengalami peningkatan maksimum dari

awal pembakaran sampai menit kesembilan sebesar 204 ºC, kemudian

mengalami penurunan suhu saat api padam menjadi 176 ºC. Selanjutnya untuk

T2 maksimum terjadi pada menit terakhir sebesar 84 ºC, dan T3 maksimum

sebesar 36 ºC pada menit kesembilan.

0 50 100 150 200 250

0:00 3:00 6:00 9:00 11:26

S

u

h

u

:

T

(

C

)

Waktu : t ( menit )

T1 dengan t

T2 dengan t

T3 dengan t

(70)

54

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisis data, perhitungan dan pembahasan diperoleh

kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat pompa air energi termal menggunakan

evaporator jenis pulse jet pump .

2. Debit ( Q ) maksimum 0,461 ( liter/menit ) pada variasi ketinggian

head 1,8 m dan diameter selang osilasi 3/8 inci .

3. Daya pompa ( Wp ) maksimum adalah 0,136 Watt pada variasi

ketinggian head 1,8 m dan diameter selang osilasi 3/8 inci .

4. Efisiensi pompa ( pompa ) maksimum 0,028 % pada variasi

ketinggian head 1,8 m dan diameter selang osilasi 3/8 inci .

5.2 Saran

Saran berdasarkan pada pembuatan dan pengujian alat yang telah

dilakukan supaya dapat mengurangi kendala selanjutnya antara lain :

1. Dalam pembuatan evaporator, sebaiknya menggunakan pipa

tembaga batangan atau jangan memakai pipa gulungan, karena

selain mempermudah dalam perakitan, tetapi juga dapat

(71)

55

2. Pada saat pengambilan data usahakan api tetap menyala secara

konstan memanasi seluruh bagian evaporator.

3. Pada bagain tutup evaporator, pasangkan TBA secara rapat dan

ditutup dengan kencang, hal ini dapat mengurangi kebocoran di

bagian lubang pengisian fluida pada evaporator .

4. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak

mempengaruhi sistem kerja pada pompa .

5. Penggunaan selang osilasi dan selang air keluaran pakailah bahan

yang transparan untuk mempermudah pengamatan.

6. Pemilihan bahan bakar gunakanlah spirtus dengan kualitas yang

baik, agar nyala api dan proses pembakaran yang dihasilkan lebih

(72)

56

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W., Teknologi Rekayasa Surya, Material Penyimpan Panas (Bab 4), Cetakan Pertama, PT.Pradnya Paramitha, Jakarta.

Cengel, Y.A ., Thermodynamics An Engieering Approach, Property Tables and Charts ( SI Units ). Fourth Edition, New York, San Fransisco, St.Louis, Edisi ke-5, Chapter 2.

Giles, R.V., (1986). Schaum Series Mekanika Fluida dan Hidraulika, Edisi ke-2, Erlangga, hal 75.

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.

Nugroho, T.S., (2009). Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt, Tugas Akhir, hal 48-49.

Reinhold, V.N, Publishing., (1983).Liquid Piston Stirling Engines. West, C.D. 1983.

Smith, T.C.B., (2005), Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines . Pages 1-3.

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.

Suhanto, M., (2009). Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt, Tugas Akhir, hal 53.

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.

Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5, April 2001, Pages 613-627.

WWW.Wikipedia.co.id

(73)

57

(74)

1

1. Gamba

G

bar Alat

Gambar 1. Po Pompa Air EnEnergi Termalal

(75)

59

Gambar 2. Jenis Variasi Gambar 3. Kran Pengatur Selang Osilasi

Gambar 4. Katup Hisap Gambar 5. Katup Tekan

2,5

1,8

1,5

(76)

Gambar 6

Gambar

6. Gelas Uku

r 8. Adaptor kur

Gamba

Gamb

bar 7. Bak Pen

bar 9. Therm

60

enampung

(77)

61

2. Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 3 Pipa

Data dan hasil pompa air energi termal menggunakan evaporator 3 pipa

yang tercantum dalam lampiran ini merupakan penelitian yang telah

dilakukan oleh Alm. Septian Andri Aditya, teman sekelompok tugas akhir.

2.1 Data Penelitian Alat

Tabel 1.1 Data I Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

inci dan Head 1,5 m

Waktu

( menit ) T1 T2 T3 T4

V keluaran ( ml )

00:00 92 60 34 27 0

03:00 98 59 37 27 340

06:00 112 61 40 27 1100

09:00 112 65 38 27 1000

12:00 110 70 41 27 520

15:00 124 64 45 27 720

18:00 118 69 42 27 600

19:37 101 72 33 27 50

Tabel 1.2 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

inci dan Head 1,5 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 92 62 27 27 0

03:00 138 59 38 27 300

06:00 148 59 42 27 1120

09:00 156 66 41 27 940

12:00 152 64 34 27 800

15:00 160 69 43 27 720

18:00 139 69 32 27 400

(78)

62

Tabel 1.3 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

inci dan Head 1,5 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 96 62 28 27 0

03:00 161 60 27 27 340

06:00 164 59 43 27 1100

09:00 164 65 43 27 860

12:00 142 61 43 27 1200

15:00 134 64 43 27 840

18:00 141 63 43 27 720

21:00 180 74 33 27 100

inci dan Head 1,8 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 45 35 24 26 0

03:00 107 82 26 25 180

06:00 169 89 34 27 980

09:00 164 92 32 26 1100

12:00 148 91 35 26 740

15:00 152 90 36 26 680

18:00 139 91 36 26 600

21:00 136 92 35 26 620

24:00 124 86 36 26 380

(79)

63

Tabel 1.5 Data II Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

inci dan Head 1,8 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 93 54 33 26 0

03:00 117 69 30 26 380

06:00 140 80 38 26 800

09:00 154 73 34 26 800

12:00 168 93 33 27 780

15:00 173 102 33 27 600

18:00 160 84 37 27 640

21:00 136 84 36 27 240

21:37 122 88 34 27 0

Tabel 1.6 Data III Temperatur Pompa pada Variasi Selang Osilasi 3/8

inci dan Head 1,8 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 112 72 35 27 0

03:00 129 87 32 27 480

06:00 166 74 40 26 780

09:00 164 99 38 27 800

12:00 148 91 38 27 800

15:00 153 99 38 26 720

18:00 140 99 38 26 480

20:06 106 83 40 26 320

inci dan Head 2,5 m

Waktu

(menit) T1 T2 T3 T4

V keluaran (ml)

00:00 100 68 35 27 0

03:00 229 67 35 27 240

06:00 228 68 44 27 680

09:00 243 72 38 27 700

12:00 243 74 37 27 600

15:00 197 73