UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN PEMANAS VERTIKAL MENGGUNAKAN DUA PIPA PEMANAS PARALEL

(1)

UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL

DENGAN PEMANAS VERTIKAL MENGGUNAKAN

DUA PIPA PEMANAS PARALEL

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

GALIH AJI SANJAYA NIM : 115214024

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

PERFORMANCE OF THERMAL ENERGY WATER PUMP

WITH VERTICAL HEATERS USING TWO

PARALLEL HEATER PIPES

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfillment of requirements to obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

Presented by :

GALIH AJI SANJAYA NIM : 115214024

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

INTISARI

Masyarakat membutuhkan air untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Selama ini masyarakat menggunakan pompa air dengan energi listrik atau bahan bakar fosil untuk mengalirkan air dari sumbernya. Tidak semua daerah terjangkau aliran listrik atau distribusi bahan bakar minyak. Penggunaan tenaga manual sebagai solusi tidak efisien waktu. Salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan pompa air energi termal. Tujuan yang ingin dicapai peneliti adalah membuat model pompa air energi termal dengan pemanas ganda dan pemisah uap, meneliti debit, daya pemompaan, dan efisiensi pompa maksimum yang dapat dihasilkan pompa. Fluida kerja yang digunakan adalah eter (dietil eter). Evaporator terdiri dari dua pipa tembaga yang dipanasi dengan uap air panas yang tersusun paralel dengan posisi vertikal. Kondensor berupa kotak pendingin dari pelat tembaga. Variabel yang divariasikan, jumlah volume awal fluida kerja (600 ml, 670 ml, 730 ml), volume awal udara tekan(11,6 liter, 9,2 liter, 6,8 liter, 5,8 liter), jumlah tabung udara tekan, dan tinggi head pemompaan(1,70 m, 2,44 m, 3,25 m). Variabel yang diukur temperatur kotak pendingin, temperatur penampung fluda kerja cair, temperatur bagian dasar evaporator, temperatur bagian atas evaporator, tekanan pada bagian tabung udara tekan, kenaikan air pada tabung udara tekan, volume pemompaan, waktu pemompaan, waktu pemanasan, dan waktu pendinginan. Dari penelitian didapat hasil debit pemompaan maksimum tiap siklus sebesar 1,2 liter/menit, daya pemompaan maksimum sebesar 0,65watt dan efisiensi pemompaan maksimum sebesar 0,092 % didapat pada variasi volume fluida kerja mula-mula sebesar 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, ketinggian head 3,25 m, dan menggunakan satu tabung udara tekan.

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat, kasih, dan karunia yang dilimpahkan bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai salah satu syarat menyelesaikan studi di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dengan judul Tugas Akhir “Unjuk Kerja Pompa Air Energi Termal Dengan Pemanas Vertikal Menggunakan Dua Pipa Pemanas Paralel”.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya kepada:

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, SSi., MSc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

4. Para Dosen Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah membagikan ilmunya untuk menyusun Tugas Akhir ini.

5. Bapak Purwoko dan Ibu Sri Hastuti selaku orang tua penulis yang telah memberikan dukungan sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

(9)

(10)

x

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan dan Manfaat ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5

(11)

xi

2.2 Persamaan yang Digunakan ... 7

2.3 Penelitian Terdahulu ... 9

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN... 11

3.1 Skema Alat ... 11

3.2 Variabel yang divariasikan ... 14

3.3 Variabel yang diukur ... 16

3.4 Langkah Penelitian ... 18

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19

4.1 Hasil Penelitian ... 19

4.2 Pembahasan ... 28

BAB V. PENUTUP ... 51

5.1 Kesimpulan ... 51

5.2 Saran ... 51

DAFTAR PUSTAKA ... 53

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Skema alat penelitian ... 11

Gambar 3.2 Skema pemisah uap ... 12

Gambar 3.3 Variasi volume fluida kerja mula-mula ... 15

Gambar 3.4 Variasi ketinggian head pompa ... 15

Gambar 3.5 Variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan. ... 16

Gambar 3.6 Posisi termokopel dan manometer. ... 17

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi ketinggian head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 28

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi tinggi head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 29

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi ketinggian head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 30

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pemompaan pada variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan. ... 31

(13)

xiii

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan. ... 33 Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasi volume fluida kerja cair

dengan volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan. ... 34 Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi volume fluida kerja

dengan volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua buah tabung udara tekan. ... 35 Grafik 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi volume fluida kerja dengan

volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan. ... 36 Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit pada variasi jumlah tabung udara tekan

dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m. ... 37 Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi jumlah tabung udara

tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m. ... 38 Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi jumlah tabung udara

(14)

xiv

Gambar 4.13 Grafik perbandingan debit pada variasi jumlah evaporator dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m. ... 39 Gambar 4.14 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi jumlah evaporator

dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m. ... 40 Gambar 4.15 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi jumlah evaporator

dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m. ... 41 Gambar 4.16 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja

600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 42 Gambar 4.17 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja

670 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 43 Gambar 4.18 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja

730 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 44 Gambar 4.19 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida

(15)

xv

Gambar 4.20 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 3,4 liter, dan dua tabung

udara tekan. ... 45

Gambar 4.21 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 600 ml, head 2,44 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 46

Gambar 4.22 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 600 ml, head 1,70 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 48

Gambar 4.23 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 670 ml (siklus 1) dan 600 ml (siklus 2 dan 3), head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan satu tabung udara tekan. ... 49

Gambar 6.1 Alat penelitian pompa air energi termal ... 54

Gambar 6.2 Pemanas fluida kerja ... 54

Gambar 6.3 Pemisah uap... 54

Gambar 6.4 Kondensor, (a) kotak pendingin, (b) tabung pendingin ... 55

Gambar 6.5 Penampung fluida cair, (a) penampung atas, (b) penampung bawah... 55

Gambar 6.6 Tabung udara tekan ... 56

Gambar 6.7 Bagian pompa air, (a) pipa buang, (b) pompa benam ... 56

(16)

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 20 Tabel 4.2 Data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml, head 3,25 m, volume

udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 20 Tabel 4.3 Data penelitian variasi volume fluida kerja 730 ml, head 3,25 m, volume

udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan. ... 22 Tabel 4.8 Data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml dan 600 ml, head

3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan satu tabung udara tekan. ... 23 Tabel 4.9 Data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume

udara tekan 5,8 liter, satu tabung udara tekan, dan pemanas tunggal. ... 23 Tabel 4.10 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml,

head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan... 26 Tabel 4.11 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml,

(17)

xvii

Tabel 4.12 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 730 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan... 26 Tabel 4.13 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml,

head 1,70 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan... 27 Tabel 4.17 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml

dan 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan satu tabung udara tekan. ... 27 Tabel 4.18 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml,

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari manusia harus memenuhi kebutuhannya untuk dapat bertahan hidup. Pangan adalah salah satu kebutuhan pokok bagi manusia. Kebutuhan akan pangan diwujudkan dalam kebutuhan akan makanan dan minuman. Air adalah salah satu bahan yang selalu ada di makanan dan minuman. Kebutuhan akan air menjadi kebutuhan pokok untuk menjamin kelangsungan kehidupan manusia. Pada kenyataannya sumber air tidak selalu berada sesuai dengan tempat air tersebut diperlukan. Alat bantu yang dipakai untuk mengalirkan air dari sumber air ke tempat yang diperlukan adalah pompa air.

(19)

air dari sumber air dengan cara manual yaitu dengan menggunakan tenaga manusia. Penggunaan tenaga manusia ini merupakan tindakan yang tidak efektif. Masyarakat harus kehilangan waktu untuk melakukan kegiatan yang lebih produktif. Waktu dan tenaga yang digunakan untuk mengambila air bisa digunakan untuk hal lain yang lebih produktif.

Setiap daerah memiliki karakteristik alam yang berbeda antara satu dengan lainnya. Pemanfaatan energi alam bisa menjadi salah satu alternatif solusi sumber energi pompa air. Energi surya merupakan salah satu energi bebas yang terdapat di alam. Pemanfaatan energi surya pada umunya berupa sel surya dan kolektor surya. Sel surya masih tergolong teknologi tinggi dan mahal sehingga jarang digunakan di daerah pada negara berkembang. Kolektor surya merupakan teknologi yang sederhana dan murah. Pemanfaatan kolektor surya memiliki peluang untuk dapat digunakan untuk memompa air pada daerah tertinggal.

1.2 Perumusan Masalah

(20)

Pengembunan yang terlalu cepat dan terjadi pada saat proses penguapan fluida kerja akan menurunkan unjuk kerja pemompaan. Pengembunan fluida yang terlalu cepat menyebabkan volume uap fluida kerja yang dihasilkan menjadi lebih sedikit. Penggunaan pemisah uap untuk memisahkan fluida kerja yang berbentuk uap dengan fluida kerja cair. Fluida kerja cair yang dapat dipisahkan dialirkan kembali ke pemanas sehingga dapat meningkatkan unjuk kerja pemompaan.

1.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini:

1. Membuat model pompa air energi termal dengan dua pipa pemanas paralel dan pemisah uap.

2. Meneliti debit pemompaan maksimum. 3. Meneliti daya pemompaan maksimum. 4. Meneliti efisiensi pompa maksimum.

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Menambah kepustakaan tentang teknologi pompa air energi termal. 2. Hasil-hasil penelitian diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

prototipe dan produk teknologi pompa air energi termal yang dapat diterima masyarakat dan meningkatkan kesejahteraan.

(21)

1.4 Batasan Masalah

Batasan dari penelitian ini adalah :

1. Pada penelitian ini dibuat model pompa air energi termal dengan pemanas ganda yang tersusun paralel dan menggunakan pemisah uap, dimana fluida yang dipanasi berupa fluida eter (dietil eter)..

2. Berat jenis eter pada kondisi cair 0,7134 gr/cm3. Berat jenis eter digunakan dalam perhitungan untuk mencari massa eter. Massa eter digunakan dalam perhitungan daya pemanas.

3. Kalor laten penguapan eter 360226,7 J/kg. Kalor laten penguapan eter digunakan dalam perhitungan daya pemanas.

(22)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Pompa air energi thermal dapat menggunakan energi surya sebagai sumber panas. Pemanfaatan energi surya untuk mengasilkan energi mekanik penggerak pompa air dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu metode termodinamik dan metode konversi langsung. Pada metode termodinamik, energi termal surya dikumpulkan dengan menggunakan kolektor termal baik jenis pelat datar maupun fokus. Energi termal ini digunakan untuk menaikkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida kerja dengan temperatur dan tekanan tinggi ini dimanfaatkan secara langsung maupun secara tidak langsung (dengan fluida kerja kedua) untuk menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggerakkan pompa air, baik dengan menggunakan pompa air konvensional (dengan siklus Rankine, Brayton atau Stirling) maupun pompa air dengan disain khusus. Pompa air dengan disain khusus dapat dikelompokkan berdasarkan media pendingin uap fluida kerjanya yaitu berpendingin udara atau air. Pada metode konversi lagsung energi surya dikonversikan menjadi energi listrik (dengan photovoltaic, thermoelektrik atau thermionik), energi listrik yang dihasilkan digunakan motor listrik untuk menggerakkan pompa air.

(23)

bawah permukaan air. Kondensor digunakan untuk mengefektifkan pendinginan. Pendinginan dilakukan dengan menggunakan fluida air. Pada penelitian ini kondensor yang digunakan berbentuk kotak dari pelat tembaga. Dalam penggerak pompa air terdapat penampung fluida kerja cair dan pemanas fluida kerja. Pemanas fluida kerja memanfaatkan panas dari uap air panas. Pemanasan fluida kerja dapat dilakukan dengan memanfaatkan sumber panas yang lain seperti energi surya termal atau penggunaan minyak panas. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah fluida eter.

(24)

pompa benam. Siklus dapat dilakukan kembali selama ada sumber panas yang cukup untuk menguapkan fluida kerja. Setiap satu langkah penguapan fluida kerja dan satu langkah pengembunan fluida kerja disebut sebagai satu siklus pemompaan. Langkah penguapan fluida kerja disebut juga langkah tekan pompa. Langkah pengembunan fluida kerja disebut juga langkah hisap. Pompa benam dilengkapi dengan dua katup searah. Katup searah terletak di sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah untuk mengatur agar pada saat langkah tekan, air mengalir hanya melewati sisi tekan dan pada saat langkah hisap, air yang terhisap hanya dari sisi hisap.

2.2 Persamaan yang Digunakan

Untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal maka diperlukan persamaan yang dapat membantu mengetahui unjuk kerja sistem. Unjuk kerja pompa air energi termal dinyatakan dengan daya pompa dan efisiensi pompa. Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas tiap satuan waktu.

Daya pemompaan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Soemitro, 1986) :

(1)

dengan :

Ppompa = daya pemompaan (Watt)

(25)

Q = debit pemompaan (m3/det) H = head pemompaan (m)

Daya pemanas merupakan energi yang diperlukan untuk menguapkan fluida kerja tiap satuan waktu (Arismunandar, 1995). Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

(2)

dengan :

Ppemanas = daya pemanas (Watt) m = massa fluida kerja (kg) hfg = kalor laten fluida kerja (J/kg) t = waktu pemanasan (detik)

Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya pompa dengan daya pemanas (Arismunandar, 1995). Efisiensi pompa dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

(3)

Kompresi udara tekan merupakan besarnya tekanan yang terjadi akibat perubahan volume udara pada massa udara tetap dalam tabung udara tekan (Cengel, 2008). Kompresi udara tekan dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

(26)

dengan :

P1 = Tekanan udara awal (bar) P2 = Kompresi udara tekan (bar) V1 = Volume udara awal (liter) V2 = Volume udara akhir (liter)

2.3 Penelitian Terdahulu

(27)

(28)

11

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Alat

Pada penelitian ini pompa air energi termal memanfaatkan panas uap air panas sebagai sumber panas. Fluida kerja yang digunakan adalah eter (dietil eter). Gambar 3.1 adalah skema alat yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.1 Skema alat penelitian 1

2

3

4

5

6

7

10

8

(29)

Bagian-bagian utama pada alat pada Gambar 3.1 :

1. Pipa tembaga diameter ½ inci yang dipanaskan dengan posisi tegak. 2. Pemisah uap

3. Kotak pendingin tembaga berukuran 26 cm x 24 cm x 3 cm. 4. Penampung fluida kerja cair.

5. Tabung pendingin dari stainless steel diameter 10 inci x 36 cm. 6. Tabung udara tekan dari pipa PVC diameter 4 inci x 1,92 m. 7. Pompa benam berdiameter 12 cm x 34 cm.

8. Katup searah pada sisi hisap. 9. Katup searah pada sisi tekan. 10.Pipa buang.

11.Gelas ukur.

Pada penelitian ini digunakan pemisah uap untuk memisahkan uap fluida kerja dengan fluida kerja cair yang terbawa aliran uap fluida kerja dengan skema sesuai Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema pemisah uap Campuran uap fluida

kerja dan fluida kerja cair dari pemanas

Uap fluida kerja yang menuju kotak pendingin

(30)

(31)

dan air di tabung udara tekan turun. Penurunan air di tabung udara tekan menyebabkan udara tidak lagi terkompresi. Penurunan tekanan di tabung udara tekan menyebabkan penurunan tekanan di pompa benam. Penurunan tekanan di pompa benam menyebabkan kevakuman sehingga katup sisi tekan tertutup dan katup sisi hisap terbuka. Terbukanya katup sisi hisap menyebabkan air masuk ke pompa benam. Pada saat volume fluida cair sudah kembali ke posisi yang diinginkan, katup penghubung penampung fluida cair dan tabung stainless steel ditutup. Siklus bisa dimulai lagi dari awal.

3.2 Variabel yang divariasikan

Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Jumlah massa fluida kerja mula-mula divariasikan sebanyak 3 variasi: 600 ml, 670 ml, dan 730 ml.

2. Tinggi head pemompaan divariasikan sebanyak 3 variasi: 1,70 m, 2,44 m, dan 3,25 m.

3. Volume udara dalam tabung udara tekan divariasaikan menurut tinggi air mula-mula dalam tabung udara tekan sebanyak 3 variasi: 150 cm (5,8 liter), 165cm (4,6 liter), dan 180 cm (3,4 liter).

4. Jumlah tabung udara tekan divariasikan sebanyak 2 variasi: satu tabung udara tekan dan dua tabung udara tekan.

(32)

Gambar 3.3 Variasi volume fluida kerja mula-mula

Volume fluida kerja mula-mula pada detil (a) Gambar 3.3 adalah 600 ml. Volume fluida kerja mula-mula pada detil (b) Gambar 3.3 adalah 670 ml. Volume fluida kerja pada detil (c) Gambar 3.3 adalah 730 ml.

Variasi ketinggian head pemompaan dilakukan dengan mengatur ketinggian pipa buang dari permukaan air (Gambar 3.4).

Gambar 3.4 Variasi ketinggian head pompa A

Detil posisi A

a b c

Penampung fluida kerja cair

(33)

Variasi volume udara mula-mula dalam tabung udara tekan dilakukan dengan mengatur ketinggian air terhadap dasar pipa tabung tekan (Gambar 3.5).

Gambar 3.5 Variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan.

3.3 Variabel yang diukur

Variabel yang diukur dalam penelitian ini sebagai berikut: 1. Temperatur kotak pendingin (T1).

2. Temperatur penampung fluda kerja cair (T2). 3. Temperatur bagian dasar evaporator (T3). 4. Temperatur bagian atas evaporator (T4). 5. Tekanan pada bagian evaporator (P1).

(34)

7. Kenaikan air pada tabung udara tekan (h). 8. Volume pemompaan (V).

9. Waktu pemompaan (tpompa). 10.Waktu pemanasan (tpemanas). 11.Waktu pendinginan (tpendinginan).

Pengukuran temperatur menggunakan termokopel dan untuk pengukuran waktu menggunakan stopwatch. Pengukuran volume menggunakan gelas ukur.

Gambar 3.6 Posisi termokopel dan manometer. T1

T2 T4

T3

P1

(35)

3.4 Langkah Penelitian

Penelitian dilakukan dengan prosedur yang sama pada tiap variasi sehingga dapat diperoleh hasil yang dapat dibandingkan antar variasi. Berikut adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk pengambilan data penelitian:

1. Penelitian diawali dengan pembuatan dan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1.

2. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan jumlah fluida kerja mula-mula.

3. Pada variasi jumlah fluida kerja mula-mula dilakukan variasi ketinggian head pemompaan.

4. Data yang dicatat adalah temperatur kotak pendingin (T1), temperatur penampung fluida kerja cair (T2), temperatur bagian dasar evaporator (T3), temperatur bagian atas evaporator (T4), tekanan pada bagian evaporator (P1), tekanan pada bagian tabung udara tekan (P2), kenaikan air pada tabung udara tekan (h), volume pemompaan (V), waktu pemompaan (tpompa), waktu pemanasan (tpemanas), dan waktu pendinginan (tpendinginan). 5. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi volume udara mula-mula

pada tabung udara tekan pada salah satu variasi jumlah massa fluida mula-mula.

6. Langkah 2 diulangi dengan menggunakan variasi jumlah tabung udara tekan pada salah satu variasi jumlah massa fluida mula-mula.

(36)

19

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Berikut adalah data hasil penelitian yang didapat dengan memvariasikan volume fluida kerja mula-mula, volume udara mula-mula dalam tabung udara tekan, tinggi head pemompaan dan jumlah tabung udara tekan yang digunakan. Adapun penjelasan mengenai penamaan kolom dan baris adalah sebagai berikut:

Baris

Awal : Kondisi dimana proses pendinginan selesai dan fluida kerja belum masuk ke pemanas. Dapat juga dikatakan awal siklus tekan atau akhir siklus hisap.

Akhir : Kondisi dimana proses pemompaan selesai. Ditandai dengan turunnya ketinggian air di tabung udara tekan. Dapat dikatakan sebagai akhir siklus tekan.

Kolom

T1 : Temperatur kotak pendingin

(37)

Ptbg : Tekanan udara tabung udara tekan yang terbaca manometer. Pevap : Tekanan dalam evaporator yang terbaca manometer

tpanas : Lama waktu pemanasan fluida kerja cair. Dimulai dari awal siklus tekan hingga akhir siklus tekan.

tpompa : Lama waktu pemompaan. Diukur ketika air mulai keluar dari ujung tertinggi pipa buang hingga air berhenti mengalir.

tdingin : Lama waktu pendinginan. Dimulai dari akhir siklus tekan hingga volume fluida cair kembali ke volume awal.

Vol : Volume air yang keluar dari pipa buang selama satu siklus pemompaan.

Tabel 4.1 Data penelitian dengan variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

Kondisi T1

Tabel 4.2 Data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

(38)

Kondisi T1

(39)

Kondisi T1 waktu pemanasan karena ada tambahan waktu untuk mengeluarkan air dari evaporator

(40)

2950 ml, dikhawatirkan air dalam pompa benam habis. Habisnya air di pompa benam menyebabkan kekacauan proses pada siklus selanjutnya.

Tabel 4.8 Data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml dan 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan satu tabung udara tekan.

Kondisi T1

Catatan: * Volume fluida kerja 670 ml

** Volume fluida kerja 600 ml. Untuk menghindari habisnya air dalam pompa benam akibat banyaknya massa uap yang terbentuk, sehingga pada siklus kedua dan ketiga volume fluida kerja diturunkan menjadi 600 ml.

Berikut adalah data penelitian yang diambil dengan menggunakan variasi pemanas tunggal, volume fluida kerja mula-mula sebesar 600 ml, tinggi head pompa 3,25 m, tinggi air mula-mula pada tabung udara tekan 150 cm, dan menggunakan satu tabung udara tekan. Data penelitian variasi ini dimaksudkan sebagai data pembanding. Penggunaan pemanas tunggal berarti bahwa pipa tembaga yang dipanasi hanya satu buah saja pipa yang lain dibiarkan dingin. Posisi evaporator tetap tegak dan pemisah uap tetap digunakan.

Tabel 4.9 Data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, satu tabung udara tekan, dan pemanas tunggal.

(41)

Dari data yang telah didapat, maka dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui unjuk kerja pompa air energi termal. Berikut adalah perhitungan dengan menggunakan data pertama pada variasi satu (Tabel 4.1).

Perhitungan yang pertama kali dilakukan adalah menghitung daya pompa. Persamaan yang digunakan adalah Persamaan (1). Variabel yang diketahui adalah:

Head = 3,25 m

ρair = 1000 kg/m3 g = 9,81 m/det2

Volair = 1000 ml tpompa = 89 detik

Perhitungan daya pemompaan adalah:

Perhitungan daya pemanas dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2). Variabel yang diketahui adalah sebagai berikut:

Volfluida = 600 ml

ρfluida = 0,7134 gr/cm3

hfg = 360226,7 J/kg tpemanas = 241 detik

(42)

Perhitungan efisiensi pompa dilakukan dengan menggunakan Persamaan (3) sebagai berikut:

Perhitungan kompresi udara dalam tabung udara tekan dilakukan dengan menggunakan Persamaan (4) sebagai berikut:

(43)

Tabel 4.10 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 600 ml,

Tabel 4.11 Hasil perhitungan data penelitian variasi volume fluida kerja 670 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara

(44)

(45)

Hasil penelitian pada Gambar 4.1 menunjukkan debit maksimal pemompaan didapat pada variasi ketinggian head 2,44 m yaitu sebesar 0,774 liter/menit. Pada variasi ketinggian head 3,25 m, debit yang dihasilkan lebih rendah karena ketinggian head bertambah.

Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit pada variasi ketinggian head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

Semakin tinggi head maka dibutuhkan tekanan udara pada tabung udara tekan yang lebih besar. Dengan jumlah uap yang sama maka untuk head yang lebih tinggi dihasilkan debit yang lebih sedikit. Pada variasi ketinggian head 1,70

(46)

m terjadi kekacauan proses dimana fluida air masuk ke evaporator. Fluida air memiliki massa jenis yang lebih besar dibanding fluida kerja yang digunakan dalam hal ini eter. Saat fluida air masuk ke evaporator, fluida air selalu berada di bawah pada bagian pipa masuk evaporator sehingga menghambat fluida kerja tidak bisa masuk evaporator sehingga air harus dikeluarkan dari evaporator. Sebagian uap yang telah terbentuk mengembun saat proses pengeluaran fluida air dari evaporator sehingga setelah proses kembali berjalan, jumlah uap yang dihasilkan menjadi lebih sedikit. Uap yang lebih sedikit menyebabkan kompresi pada tabung udara tekan mengecil dan debit yang dihasilkan semakin sedikit.

Gambar 4.2 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi tinggi head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

(47)

pemompaan. Pada variasi head 1,70 m daya yang dihasilkan kecil karena terjadi kekacauan proses akibat fluida air masuk evaporator yang menyebabkan debit pemompaan mengecil. Daya pemompaan tergantung pada head dan debit pemompaan sehingga daya pemompaan terbesar tidak selalu terjadi pada head tertinggi tetapi pada head tertentu.

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi ketinggian head dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.3 menunjukkan efisiensi terbesar didapat pada variasi ketinggian head 3,25 m sebesar 0,056%. Dengan volume fluida cair mula-mula sama, maka diasumsikan volume uap sama. Efisiensi tergantung pada lama pemanasan fluida kerja cair. Semakin tinggi head pemompaan, tekanan sistem akan semakin besar. Tekanan yang besar menyebabkan titik didih dari fluida kerja juga naik. Naiknya titik didih menyebabkan waktu yang dibutuhkan untuk menguapkan semua fluida cair lebih lama. Pada variasi tinggi head 1,70 m,

(48)

efisiensi yang dihasilkan lebih tinggi dibanding variasi tinggi head 2,44 m karena waktu pemanasan pada variasi tinggi head 1,70 lebih lama. Lama waktu pemanasan diakibatkan karena tambahan waktu untuk mengeluarkan fluida air yang masuk ke evaporator.

Gambar 4.4 Grafik perbandingan debit pemompaan pada variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.4 menunjukkan debit pemompaan maksimal yang didapat pada variasi tinggi air mula-mula pada tabung udara tekan 180 cm dengan kompresi 2,22 bar yaitu sebesar 0,753 liter/menit. Ketinggian air mula-mula pada tabung udara tekan berpengaruh pada volume udara mula-mula-mula-mula pada tabung udara tekan. Semakin kecil volume udara di tabung udara tekan maka kompresi yang dibutuhkan untuk mencapai tekanan tertentu semakin kecil. Kompresi dihasilkan dari uap fluida kerja. Jika kompresi yang dibutuhkan

(49)

semakin kecil, maka dalam jumlah uap yang sama waktu untuk mempertahankan kompresi semakin lama. Semakin lama kompresi bisa ditahan maka waktu pemompaan semakin lama dan volume pemompaan semakin besar.

Gambar 4.5 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan.

(50)

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi volume udara mula-mula pada tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.6 menunjukkan efisiensi pemompaan maksimal yang didapat pada variasi tinggi air mula-mula pada tabung udara tekan 180 cm dengan kompresi 2,22 bar yaitu sebesar 0,072 %. Pada variasi ini efisiensi ditentukan oleh besarnya debit dan lama waktu pemanasan. Semakin tinggi posisi air mula-mula pada tabung udara tekan menyebabkan volume udara mula-mula pada tabung udara tekan semakin kecil. Volume udara yang semakin kecil dalam tabung udara tekan menyebabkan debit yang dihasilkan semakin besar. Pada kompresi yang semakin besar, tekanan dalam evaporator menjadi semakin besar. Tekanan evaporator yang semakin besar menyebabkan titik didih fluida kerja naik. Naiknya titik didih fluida kerja menyebabkan lama pemanasan menjadi lebih lama. Semakin lama waktu pemanasan semakin besar efisiensi yang dihasilkan.

(51)

Gambar 4.7 Grafik perbandingan debit pada variasi volume fluida kerja cair dengan volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.7 menunjukkan debit pemompaan maksimal yang didapat pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula 670 ml yaitu sebesar 0,930 liter/menit. Debit pemompaan tergantung pada kemampuan pemanas untuk menguapkan fluida kerja cair. Pemanasan fluida kerja yang kurang baik justru memperlambat proses penguapan fluida kerja cair. Lambatnya proses penguapan fluida menyebabkan jumlah uap yang dihasilkan tidak maksimal. Sebagian uap telah kembali mengembun karena proses penguapan yang lama sehingga kompresi uap yang dihasilkan menjadi lebih kecil. Fluida kerja yang memasuki evaporator akan menguap pada titik didih fluida tersebut. Temperatur evaporator yang semula lebih tinggi dari titik didih fluida kerja akan turun menjadi temperatur titik didih fluida kerja. Kapasitas pemanas yang tidak mencukupi untuk menguapkan fluida kerja yang lebih banyak hanya akan menyebabkan lamanya pembentukan uap.

0.0

(52)

Gambar 4.8 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi volume fluida kerja dengan volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua buah tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.8 menunjukkan daya pemompaan maksimal yang didapat pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula 670 ml yaitu sebesar 0,4942 watt. Pemanasan yang tidak optimal menyebabkan lamanya proses penguapan fluida. Fluida kerja yang menguap dengan lambat akan menghasilkan volume pemompaan kecil dengan waktu yang lebih lama. Jumlah fluida yang lebih sedikit menyebabkan volume uap yang dihasilkan sedikit sehingga debit yang dihasilkan juga kecil. Semakin kecil debit semakin kecil daya pompa pada head yang sama.

Hasil penelitian pada Gambar 4.9 menunjukkan efisiensi pemompaan maksimal yang didapat pada variasi volume fluida kerja cair mula-mula 670 ml yaitu sebesar 0,071%. Pada pemanasan jumlah fluida kerja yang lebih sedikit, siklus pemanasan semakin cepat dengan debit yang dihasilkan semakin besar.

0.0

(53)

Grafik 4.9 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi volume fluida kerja dengan volume udara tekan 5,8 liter, head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan.

Pada volume fluida kerja cair semakin besar dengan pemanasan optimal menyebabkan debit lebih besar dengan waktu pemanasan lebih lama sehingga menghasilkan efisiensi yang semakin besar. Akan tetapi volume fluida kerja cair semakin besar dengan menggunakan pemanasan yang tidak optimal menyebabkan debit yang dihasilkan kecil dengan waktu pemanasan yang lama sehingga efisiensi yang dihasilkan menjadi kecil.

Hasil penelitian pada Gambar 4.10 menunjukkan debit pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah tabung udara tekan satu buah yaitu sebesar 1,224 liter/menit. Penggunaan jumlah tabung udara tekan berpengaruh pada volume udara mula-mula. Semakin banyak jumlah tabung udara tekan makan semakin besar volume udara mula-mula. Jumlah tabung udara tekan mempengaruhi besarnya kompresi udara yang nantinya dihasilkan oleh tekanan dari uap fluida kerja yang terbentuk.

0.00

(54)

Gambar 4.10 Grafik perbandingan debit pada variasi jumlah tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m.

Semakin kecil volume udara mula-mula semakin besar debit yang dihasilkan. Pada variasi ini penggunaan dua tabung udara tekan berukuran sama menyebabkan penurunan debit sebesar 44,9% dari debit yang dihasilkan menggunakan satu tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.11 menunjukkan daya pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah tabung udara tekan satu buah yaitu sebesar 0,6504 watt. Daya pemompaan dipengaruhi debit pemompaan yang dihasilkan. Penggunaan satu tabung udara tekan menghasilkan debit yang lebih besar daripada menggunakan dua tabung udara tekan. Volume udara mula-mula pada satu tabung udara tekan lebih sedikit dibanding volume udara mula-mula dua tabung udara tekan sehingga kompresi yang dihasilkan semakin besar.

(55)

Gambar 4.11 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi jumlah tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m.

Volume udara yang lebih sedikit ini meringankan proses kompresi udara pada tabung udara tekan. Proses kompresi yang lebih ringan menyebabkan debit yang dihasilkan lebih besar. Pada variasi ini penggunaan dua tabung udara tekan berukuran sama menyebabkan penurunan daya sebesar 44,9% dari daya yang dihasilkan menggunakan satu tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.12 menunjukkan efisiensi pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah tabung udara tekan satu buah yaitu sebesar 0,092%. Dengan volume fluida cair yang sama dan waktu penguapan yang sama, efisiensi yang dihasilkan pada variasi satu tabung udara tekan lebih besar 64,98%. Naiknya efisiensi disebabkan karena naiknya debit yang dihasilkan dengan menggunakan satu tabung udara tekan. Volume udara pada satu tabung udara tekan lebih sedikit sehingga kompresi yang dihasilkan semakin besar.

(56)

Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi jumlah tabung udara tekan dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m.

(57)

Hasil penelitian pada Gambar 4.13 menggunakan volume fluida kerja cair mula-mula sebesar 600 ml, ketinggian air mula-mula pada tabung udara tekan 150 cm, dan ketinggian head 3,25 m. Debit pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah evaporator dua buah yaitu sebesar 1,224 liter/menit. Kapasitas pemanas yang kurang memadai menyebabkan lamanya penguapan fluida kerja. Lamanya penguapan fluida kerja menyebabkan kompresi yang terjadi perlahan-lahan sehingga volume pemompaan kecil dengan waktu pemompaan lama. Penggunaan dua evaporator meningkatkan jumlah debit sebesar 270,5 %

Gambar 4.14 Grafik perbandingan daya pompa pada variasi jumlah evaporator dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m.

Hasil penelitian pada Gambar 4.14 menunjukkan daya pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah evaporator dua buah yaitu sebesar 0,6504 watt. Daya pemompaan pada variasi ini dipengaruhi oleh debit yang dihasilkan. Pemanasan yang kurang optimal menyebabkan debit yang dihasilkan

(58)

lebih kecil. Penggunaan dua evaporator meningkatkan daya pemompaan sebesar 270,5 %

Gambar 4.15 Grafik perbandingan efisiensi pada variasi jumlah evaporator dengan volume fluida kerja 600 ml, volume udara tekan 5,8 liter, dan head 3,25 m.

Hasil penelitian pada Gambar 4.15 menunjukkan efisiensi pemompaan maksimal yang didapat pada variasi jumlah evaporator dua buah yaitu sebesar 0,092%. Penggunaan dua evaporator meningkatkan debit pemompaan serta daya pemompaan. Penggunaan satu evaporator menyebabkan lamanya waktu pemanasan. Dengan menggunakan satu evaporator daya pemanas menjadi lebih kecil dibanding dengan menggunakan dua evaporator. Akan tetapi dengan menggunakan dua evaporator, efisiensi pompa naik 47,2 % daripada menggunakan satu evaporator. Lama waktu pemanasan dengan dua evaporator lebih cepat dua kali lipat dibanding dengan satu evaporator tetapi daya pemompaan yang dihasilkan dua evaporator lebih dari dua kali daya pemompaan

(59)

dengan satu evaporator. Hal ini menyebabkan efisiensi pompa dengan dua evaporator lebih tinggi dibanding menggunakan satu evaporator.

Gambar 4.16 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 600 ml, head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan dua tabung udara tekan.

Hasil penelitian pada Gambar 4.16 menunjukkan pada siklus kedua dan ketiga terjadi penurunan debit. Penurunan terjadi akibat evaporator dalam kondisi yang panas tetapi kotak pendingin masih dalam kondisi dingin. Pada saat uap fluida kerja melewati kotak pendingin maka sebagian uap mengembun sehingga mengurangi jumlah volume uap yang terbentuk. Berkurangnya volume uap yang terbentuk menyebabkan berkurangnya debit pemompaan.

(60)

Hasil penelitian pada Gambar 4.18 menunjukkan pada siklus kedua terjadi penurunan debit. Penurunan terjadi akibat evaporator dalam kondisi yang panas tetapi kotak pendingin masih dalam kondisi dingin. Pengembunan siklus pertama terjadi cukup cepat yaitu 12 menit. Pengembunan yang cepat ini menyebabkan fluida kerja dalam bentuk cair jenuh.

(61)

Pada kondisi ini saat fluida kerja dipanasi kembali maka fluida kerja segera habis menguap kemudian mengembun sehingga kompresi udara yang terjadi hanya dalam waktu kurang dari 1 menit. Kompresi singkat ini menyebabkan debit yang dihasilkan kecil. Pada siklus ketiga terjadi kenaikan debit karena lama waktu pengembunan siklus kedua mencapai 24 menit, sehingga fluida kerja dalam kondisi yang lebih dingin dan lebih stabil dalam melakukan proses di siklus ketiga.

(62)

(63)

Hasil penelitian pada Gambar 4.20 menggunakan volume fluida kerja cair mula-mula sebesar 600 ml, ketinggian air mula-mula pada tabung udara tekan 180 cm, ketinggian head 3,25 m, dan dua tabung udara tekan. Pada siklus kedua terjadi kenaikan debit karena pada saat proses pengembunan selesai, posisi air pada tabung udara tekan berada lebih tinggi dibanding posisi air mula-mula siklus satu. Volume udara mula-mula dalam tabung tekan pada siklus kedua lebih sedikit sehingga dengan kompresi yang sama dari uap fluida kerja dihasilkan debit yang lebih besar. Pada siklus ketiga volume pemompaan yang dihasilkan lebih sedikit dibanding volume pemompaan siklus kedua tetapi dengan waktu pemompaan yang lebih cepat. Volume hasil siklus ketiga lebih kecil dengan waktu lebih cepat sehingga didapat debit lebih besar dibanding siklus kedua.

(64)

Hasil penelitian pada Gambar 4.21 menunjukkan pada siklus kedua terjadi penurunan debit karena kekacauan proses. Fluida air masuk ke dalam evaporator dan menghalangi masuknya fluida kerja. Sebagian fluida kerja telah menguap dan sebagian lagi tidak bisa masuk ke dalam evaporator karena terhalang fluida air. Untuk mengatasi hal ini, fluida air dikeluarkan. Sementara fluida air dikeluarkan, uap fluida kerja sebagian telah mengembun kembali. Pada saat evaporator sudah bersih dari fluida air maka fluida kerja bisa masuk ke evaporator dan menguap. Uap fluida kerja yang terbentuk pertama kali sebagian telah mengembun sehingga jumlah uap yang melakukan pemompaan hanya uap fluida kerja yang terbentuk terakhir kali. Volume pemompaan yang terjadi sekitar ¼ volume siklus pertama dengan waktu pemompaan sedikit lebih cepat. Pada siklus ketiga fluida air tidak memasuki evaporator sehingga siklus bisa berjalan normal. Hanya saja karena uap fluida harus melewati kotak pendingin yang masih dingin, sebagian uap mengembun dan mengurangi jumlah uap yang terbentuk. Sehingga debit siklus ketiga tidak lebih besar dari siklus pertama.

(65)

Pada variasi ini fluida air selalu masuk ke dalam evaporator sehingga menghambat masuknya fluida kerja cair. Selama proses pengeluaran fluida air dari evaporator, uap fluida kerja yang telah terbentuk mengembun di tabung pendingin. Setelah evaporator bersih dari fluida air, fluida kerja cair dapat masuk ke evaporator dan menguap. Uap fluida kerja yang terakhir ini yang memompa air. Jumlah uap fluida kerja yang terakhir tentu lebih sedikit karena uap fluida kerja yang menguap pertama kali telah mengembun. Volume pemompaan yang didapat menjadi lebih kecil maka debit yang dihasilkan pun lebih kecil.

Hasil penelitian pada Gambar 4.23 menunjukkan pada siklus pertama volume fluida kerja mula-mula sebesar 670 ml dan dihasilkan volume pemompaan 2950 ml. Untuk menghindari habisnya air di dalam pompa benam maka siklus kedua dan ketiga menggunakan volume fluida kerja 600 ml.

(66)

Gambar 4.23 Grafik debit pemompaan tiap siklus pada variasi volume fluida kerja 670 ml (siklus 1) dan 600 ml (siklus 2 dan 3), head 3,25 m, volume udara tekan 5,8 liter, dan satu tabung udara tekan.

Habisnya air dalam pompa benam menyebabkan pompa benam hanya memompa udara dan pada saat proses pendinginan tekanan pada tabung udara tekan akan menjadi negatif (vakum). Pada saat tekanan tabung udara tekan menjadi vakum, air dari pompa benam juga akan tertarik ke tabung udara tekan. Air yang tertarik ini akan menghalangi jalannya udara dari tabung udara tekan yang menekan pompa benam. Siklus kedua mengalami penurunan debit karena volume fluida kerja mula-mula dikurangi. Siklus ketiga mengalami kenaikan debit karena menghasilkan volume pemompaan yang sama dengan siklus kedua tetapi dengan waktu pemompaan yang lebih singkat, terpaut 11 detik.

Dalam pelaksanaan penelitian ini volume fluida kerja cair diukur dengan menggunakan batas ketinggian. Volume fluida kerja cair yang ada dalam sistem

(67)

lebih besar dibanding dengan volume fluida kerja yang digunakan. Fluida kerja cair yang tidak digunakan untuk proses pemompaan berfungsi sebagai pelapis agar air tidak masuk ke evaporator. Pada Gambar 3.1 menunjukkan bahwa fluida kerja cair yang mengembun di tabung pendingin dapat mengalir ke kotak pendingin ataupun penampung fluida kerja cair. Jika fluida kerja pelapis tipis maka air bisa masuk ke penampung fluida kerja cair yang letaknya lebih rendah. Massa jenis air yang lebih besar menyebabkan air berada di bawah fluida kerja. Pada saat air ikut masuk ke evaporator, dalam jumlah yang cukup banyak air akan menutupi saluran masuk fluida kerja menuju evaporator.

Pengoperasian alat penelitian secara manual terutama untuk mengatur volume awal fluida kerja menyebabkan volume fluida kerja mula-mula dalam tiap siklus berbeda-beda. Perbedaan volume fluida kerja mula-mula dapat menyebabkan unjuk kerja yang dihasilkan berbeda-beda.

(68)

51

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Telah dibuat pompa air energi termal dengan pemanas ganda dan pemisah uap.

2. Debit pemompaan maksimum sebesar 1,22 liter/menit tiap siklus pada variasi volume fluida kerja mula-mula sebesar 600 ml, volume udara pada tabung udara tekan 5,8 liter, ketinggian head 3,25 m, dan menggunakan satu tabung udara tekan.

3. Daya pemompaan maksimum sebesar 0,65 Watt pada variasi volume fluida kerja mula-mula sebesar 600 ml, volume udara pada tabung udara tekan 5,8 liter, ketinggian head 3,25 m, dan menggunakan satu tabung udara tekan.

4. Efisiensi pemompaan maksimum sebesar 0,092 % pada variasi volume fluida kerja mula-mula sebesar 600 ml, volume udara pada tabung udara tekan 5,8 liter, ketinggian head 3,25 m, dan menggunakan satu tabung udara tekan.

5.2 Saran

(69)

2. Penggunaan fluida kerja yang lain yang memiliki titik didih kira-kira sedikit lebih tinggi dengan temperatur udara sekitar sehingga mudah menguap dan mudah diembunkan.

3. Konstruksi antara penampung fluida kerja cair dan pemanas dibuat sedemikian rupa sehingga tidak ada fluida kerja sisa yang tertinggal. 4. Konstruksi pendingin dibuat sedemikian rupa sehingga lebih mudah

(70)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.

Cengel, Y.A.; Bobs, M.A., 2008. Thermodynamics, An Engineering Approach, Sixth Edition, Mc Graw Hill

Duffie, J.A.; Beckman, W.A., 1991. Solar Engineering of Thermal Processes, New York : John Wiley.

Mahkamov, K.; Orda, E.P., 2005. Solar Thermal Water Pumps: A Preliminary Analysis of the Working Process, Journal of Solar Energy Engineering, February 2005, Volume 127, Issue 1, pp. 29-36

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

Soemitro, H. W., 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Jakarta : Erlangga Spindler, K.; Chandwalker, K.; Hahne, E., 1996. Small solar (thermal) waterpumping system, Solar Energy, Volume 57, Issue 1, July 1996, Pages 69-76

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., 1999. Experimental studies on a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 19, Issue 5, May 1999, Pages 449-459

Wong, Y.W.; Sumathy, K., 2000. Performance of a solar water pump with npentane 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., 2001a. Performance of a solar water pump with ethyl ether as working fluid, Renewable Energy, Volume 22, Issues 1-3, January-March 2001, Pages 389-394

(71)

LAMPIRAN

Gambar 6.1 Alat penelitian pompa air energi termal

(72)

(a) (b)

Gambar 6.4 Kondensor, (a) kotak pendingin, (b) tabung pendingin

(a) (b)

(73)

Gambar 6.6 Tabung udara tekan

(a) (b)

(74)

(a) (b)

(c)