AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN FLUIDA KERJA
BENSIN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Diajukan oleh : Ananda Riz Dwi Finanta
055214008
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009
FINAL ASSIGMENT
Presented as a meaning for gaining engineering holder
in Mechanical Engineering study programme Sains and Technology Faculty
By:
Ananda Riz Dwi Finanta 055214008
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2009
Air merupakan kebutuhan sehari – hari masyarakat. Umumnya sumber air terletak berbeda dengan tempat air tersebut digunakan. Maka perlu digunakan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan. Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC ( Compound Parabolic Collector ) yang mengkonversikan energi surya yang datang menjadi panas. Pompa air ini juga dapat digerakkan dengan bahan bakar minyak ( motor bakar ) atau energi listrik ( motor listrik ). Cara ini diharapkan dapat diterapkan pada daerah – daerah yang masih kesulitan untuk mendapatkan air karena keterbatasan listrik. Tujuan penelitian yang dilakukan yaitu dapat mengetahui efisiensi sensibel, daya pemompaan, efisiensi sistem, dan faktor efisiensi yang dihasilkan kolektor surya CPC untuk pompa air energi termal.
Dalam penelitian ini ada dua pengujian yang berbeda yaitu pengujian kolektor dan pengujian pompa. Variabel yang diukur dalam pengujian pompa yaitu volume air hasil pemompaan, tekanan, suhu pipa benzin, suhu pipa oli, sedangkan variabel yang diukur pada pengujian kolektor yaitu suhu pada kolektor dan energi surya yang datang. Variabel tersebut dapat diketahui nilainya dengan menggunakan peralatan, antara lain manometer, stopwatch, gelas ukur, dan thermometer logger.
Efisiensi sensibel kolektor maksimum yang dihasilkan adalah 12,20%, daya pemompaan maksimum yang dihasilkan adalah 0,696 watt pada variasi head 1,5 m, efisiensi sistem maksimum yang dihasilkan adalah 0,1371% pada variasi head 1m, dan nilai faktor efisiensi maksimum yang dihasilkan adalah 57,2183%.
karunian-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.
Dalam menyusun laporan ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Budi Sugiharto,S.T.,M.T sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan , serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, kekeliruan, dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kemajuaan yang akan datang.
Yogyakarta, 30 Desember 2008
Penulis
HALAMAN JUDUL i
TITLE PAGE ii
LEMBAR PENGESAHAN iii
LEMBAR PENGESAHAN iv
DAFTAR DEWAN PENGUJI v
LEMBAR PERNYATAAN vi
ABSTRAK vii KATA PENGANTAR viii
DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xii
BAB I : PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 2
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 3
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1. Penelitian yang pernah dilakukan 4
2.2. Landasan Teori 5
2.3. Cara Kerja Alat 9
BAB III : METODE PENELITIAN 11
3.4. Variable yang Diukur 14
3.5. Peralatan Pendukung 14
3.6. Langkah Penelitian 15
3.7. Analisa Data 16
BAB IV : HASIL PENELITIAN 17
4.1. Data Penelitian 17
4.2. Perhitungan Efisiensi Sensibel Kolektor 33
4.3. Perhitungan Daya Pemompaan 35
4.4. Perhitungan Efisiensi Sistem 37
4.5. Perhitungan Faktor Efisiensi 39
4.6 Analisa Data
Efisiensi sistem 42
Daya Pemompaan 46
Efisiensi Sistem 44
Hubungan radiasi sinar, waktu dan faktor efisiensi 45
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 50
DAFTAR PUSTAKA 51
LAMPIRAN 52
Gambar 1. Cara kerja alat 9
Gambar 2. Skema alat 11
Gambar 3. Posisi penempatan temokopel ( T1,T2,T3,T4 ) 12
Gambar 4. Skema pengujian kolektor CPC 13
Gambar 5. Skema pengujian pompa 13
Gambar 6. Grafik hubungan antara efisiensi sensible dengan waktu 42 Gambar 7. Grafik hubungan antara daya pemompaan dengan waktu 43 Gambar 8. Grafik hubungan antara efisiensi sistem dengan waktu 44 Gambar 9. Grafik hubungan antara energi surya yang datang, waktu dan faktor
efisiensi pada data 1 45
Gambar 10. Grafik hubungan antara energi surya yang datang, waktu dan faktor
efisiensi pada data 2 46
Gambar 11. Grafik hubungan antara energi surya yang datang, waktu dan faktor
efisiensi pada data 3 47
Gambar 12. Grafik hubungan antara energi surya yang datang, waktu dan faktor
efisiensi pada data 4 48
Gambar 13. Sel surya yang telah dikalibrasi untuk mengukur radiasi surya 52
Gambar 14. Termokopel dan displaynya 52
Gambar 15. Adaptor 52
Gambar 16. Thermometer logger 53
Gambar 17. Kolektor CPC 53
Tabel 4.1. Data 1 menggunakan Kolektor CPC 16 Tabel 4.2. Data 2 menggunakan Kolektor CPC 23 Tabel 4.3. Data 3 menggunakan Kolektor CPC 26 Tabel 4.4. Data 4 menggunakan Kolektor CPC 29
Tabel 4.5. Data Pemompaan head 1 m 31
Tabel 4.6. Data Pemompaan head 1,5 m 31
Tabel 4.7. Data Pemompaan head 1,75 m 32
Tabel 4.8. Perhitungan Efisiensi Sensibel pada kolektor data 1 33 Tabel 4.9. Perhitungan Efisiensi Sensibel pada kolektor data 2 33 Tabel 4.10. Perhitungan Efisiensi Sensibel pada kolektor data 3 34 Tabel 4.11. Perhitungan Efisiensi Sensibel pada kolektor data 2 34 Tabel 4.12. Data Daya Pemompaan dengan head 1 m 35 Tabel 4.13. Data Daya Pemompaan dengan head 1,5 m 36 Tabel 4.14. Data Daya Pemompaan dengan head 1,75 m 36 Tabel 4.15. Perhitungan Efisiensi sistem dengan head 1m 38 Tabel 4.16. Perhitungan Efisiensi sistem dengan head 1,5 m 38 Tabel 4.16. Perhitungan Efisiensi sistem dengan head 1,75 m 38 Tabel 4.17. Perhitungan Faktor Efisiensi data 1 40 Tabel 4.18. Perhitungan Faktor Efisiensi data 2 40 Tabel 4.19. Perhitungan Faktor Efisiensi data 3 41 Tabel 4.20. Perhitungan Faktor Efisiensi data 4 41
1.1. Latar Belakang
Air ( air tanah ) merupakan kebutuhan sehari – hari masyarakat, diantaranya untuk minum, memasak, mencuci dan lain-lain. Umumnya sumber air terletak berbeda tempat dari tempat air tersebut digunakan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan.
Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup dengan radiasi harian rata-rata 4,8 kWh/m2 (Sumber dari Kementrian Energi Republik Indonesia). Cara pemanfaatan energi surya untuk memompa adalah dengan menggunakan kolektor CPC (Compound Parabolic Collector) yang mengkonversikan radiasi surya yang datang menjadi panas. Pompa air ini juga dapat digerakkan dengan bahan bakar minyak (motor bakar) atau energi listrik (motor listrik).
Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat. Selain itu penggunaan bahan bakar minyak atau energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan sebagian masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Untuk kondisi daerah seperti itu, umumnya penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia, antara lain membawa air dengan tampungan air (ember), menimba atau dengan pompa tangan. Jika penyediaan air dilakukan dengan tenaga.
manusia maka bukan hanya tenaga tetapi waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih produktif akan berkurang.
Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi alam untuk memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut maka sumber-sumber energi alam yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, energi angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor surya.
Sel surya masih merupakan teknologi yang mahal bagi masyarakat terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya sangat terbatas. Pada umumnya jenis kolektor yang banyak digunakan adalah kolektor jenis plat datar. Tetapi ada kendala dalam pemakaian kolektor jenis plat datar yaitu mahalnya harga plat absorber dan teknik pemasangan plat absorber yang sulit. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang karateristik kolektor CPC di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian.
1.2. Perumusan Masalah
ditunjukkan dengan efisiensi sensibel kolektor (η sensibel) dan faktor efisiensi ( F’ )
yang dihubungkan dengan unjuk kerja yang dihasilkan oleh pompa dengan daya
pemompaan ( Wp ), efisiensi sistem (η sistem ), dan yang dihasilkan dengan variasi
head pemompaan. Pada penelitian ini dilakukan dua pengujian yang berbeda, yaitu
pengujian terhadap kolektor dan pengujian terhadap pompa. Hal tersebut
dikarenakan adanya kendala cuaca pada saat penelitian yang kurang mendukung.
Pengujian kolektor bertujuan untuk mengetahui efisiensi sensibel kolektor (η sensibel)
dan faktor efisiensi ( F’ ) yang dihasilkan, sedangkan pada pengujian pompa
bertujuan untuk mngetahui daya pemompaan ( Wp ) dan efisiensi sistem (η sistem ).
1.3.Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian yaitu :
Mengetahui efisiensi sensibel, daya pemompaan, efisiensi sistem, dan
faktor efisiensi yang dihasilkan.
Manfaat penelitian yaitu :
1. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut, sehingga dapat
diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat. Pembuatan
pompa air energi termal menggunakan bahan yang ada di pasar lokal
dan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Yang Pernah Dilakukan
Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian unjuk kerja pompa air energi surya termal dengan kolektor pelat datar seluas 1 m2, variasi tinggi head 6, 8 dan 10 m memperlihatkan bahwa ukuran vesel uap fluida kerja berpengaruh pada unjuk kerja pompa (Sumathy, 1999). Penelitian secara teoritis pompa air energi surya termal dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi surya termal pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus/ hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem. Waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001). Penelitian pompa air energi surya termal menggunakan kolektor pelat datar sederhana seluas 1 m2, fluida kerja ethyl ether menghasilkan kapasitas pemompaan 700-1400 l/hari tergantung pada ketinggian head (6-10 m). Efisiensi sistem mencapai 0,42-0,34 % (Wong, 2001). Penelitian pompa air energi surya termal dengan menggunakan model matematismemperlihatkan unjuk kerjapompa ditentukan oleh fraksi uap dari siklus.
Daya pompa meningkat dengan naiknya temperatur maksimum siklus, sementara
penurunan efisiensi disebabkan kerugian panas karena proses penguapan dan
pengembunan air (Mahkamov, 2005).
2.2 Landasan Teori
Efisiensi sensibel kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah
energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa fluida kerja dalam
kolektor dari temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah energi
termal yang datang selama interval waktu tertentu. Efisiensi sensibel kolektor
dihitung dengan persamaan : ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
G yang digunakan adalah G rata-rata, karena pengambilan data tidak berdasarkan interval waktu yang tetap akan tetapi berdasar siklus pompa).
Debit pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
t v
Q= ( m3/dtk ) ( 2 )
dengan :
v : volume air keluar hasil pemompaan ( m3 ) t : lama waktu pemompaan ( dtk )
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
H Q g
WP =
ρ
. . . ( Watt ) ( 3 )dengan:
ρ : massa jenis air (kg/m3)
Daya pemanas spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
T
Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan
yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan daya yang dihasilkan selama
pemanasan spritus dalam lama waktu tertentu. Efisiensi sistem dapat dihitung dengan
persamaan : ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
( 5 )
Wspritus : daya pemanas spritus ( Watt )
Faktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi
yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor. Faktor efisiensi dapat
dihitung dengan persamaan : ( Prof. Wiranto Arismunandar, 1995 ).
F’ = faktor efisiensi
ms = massa oli evaporator ( kg )
cs = panas jenis oli (J/(kg.K))
Ts = temperatur oli pada evaporator (0C)
dθ = waktu pemanasan oli ( s )
Ac = luasan kolektor ( m2 )
τ.α = transmisivitas kaca
GT = radiasi surya yang datang (W/m2)
UL = faktor koefisien panas di kolektor (W/m2 K)
Ts2 = temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (0C)
Ta = suhu lingkungan (0C)
As = luasan evaporator ( m2 )
2.3 Cara Kerja Alat
pompa 1
pompa 2
pompa 3
Gambar 2.1 Cara kerja alat
Pompa air yang digunakan adalah pompa piston air. Kondenser yang digunakan berbentuk tabung. Pada penelitian ini sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki dan dihubungkan ke kondenser dengan pipa. Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami tanpa perlu menggunakan pompa.
3.1 Deskripsi Alat
Pompa air energi surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama: 1. Kolektor CPC ( Compound Parabolic Collector ) dengan reflektor
aluminium foil dan fluida pemanas oli. 2. Pompa piston air dengan fluida kerja.
3. Kondenser sebagai tempat pengembunan sehingga uap air dapat menjadi fluida cair dan kembali ke pemanas.
3.2 Skema Alat Penelitian
Skema pompa air energi surya dapat dilihat sebagai berikut :
Gambar 3.1. Skema alat
Keterangan gambar :
1. Tangki penampung air.
2. Tangki pendingin.
3. Kondenser.
4. Pompa 1.
5. Selang air.
6. Kolektor.
7. Manometer.
8. Corong.
9. Pompa 2.
10. Pompa 3.
11. Klep Tekan.
12. Klep hisap.
13. Evaporator.
4
1
2
3
penampung oli
matahari
Gambar 3.3 Skema pengujian kolektor CPC
pemanas spritus
pompa 1 pompa 2
pompa 3
pemanas spritus
Gambar 3.4 Skema pengujian pompa.
3.3 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan adalah :
Besar head pemompaan sebanyak 3 variasi, yaitu head 1 meter, 1,5 meter,
3.4 Variabel yang diukur
Variabel yang diukur dalam pengujian pompa yaitu volume air hasil
pemompaan, tekanan ( P1 dan P2 ), suhu pipa bensin ( T1 dan T3 ),
sedangkan variabel yang diukur pada pengujian kolektor yaitu suhu pada
kolektor dan energi surya yang datang.
3.5 Peralatan Pendukung
Peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
a. Manometer
Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan fluida kerja pada saat
pemompaan, pada sisi sebelum pompa 1 dan disamping pompa 2.
b. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir .
c. Gelas Ukur
Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari
pompa air setelah jangka waktu tertentu. Gelas ukur yang dipakai
maksimal dapat mengukur 1 liter.
d. Ember
Ember digunakan untuk menampung air yang akan dipompa. Air didalam
ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu
f. Thermometer Logger
Alat ini digunakan sebagai penampil besarnya suhu pada kolektor, dan
suhu air kondensor per menit. Alat ini dihubungkan dengan termokopel
yang dipasang pada alat penelitian.
g. Selang U
Alat ini digunakan untuk pemisah tercampurnya benzin dengan pompa
piston air.
3.6 Langkah Penelitian
Langkah penelitian dalam pengujian kolektor :
a. Mempersiapkan kolektor yang akan diuji dengan melakukan pengecekan
terhadap ada tidaknya kebocoran kolektor.
b. Mencatat suhu fluida kolektor mula-mula (T1,T2,T3,T4)
c. Mencatat suhu fluida dalam kolektor (T1,T2,T3,T4) dengan selang waktu
pencatatan 10 menit hingga akhir proses, bersamaan dengan itu dilakukan
juga pencatatan energi surya yang datang.
Langkah penelitian dalam pengujian pompa :
a. Mempersiapkan peralatan yang diperlukan pada pengujian pompa.
b. Mencatat suhu fluida mula – mula pada evaporator. ( T1 dan T3 ).
d. Mencatat volume air hasil pemompaan ( ml ), bersamaan dengan itu
dilakukan juga pencatatan waktu air mengalir hasil pemompaan.
e. Mengulangi langkah d tersebut sampai dengan akhir proses pengambilan
data.
f. Mengulangi kelima langkah tersebut untuk variasi head yang lain.
Pada pengujian dengan variasi head yang lain juga digunakan kelima
langkah tersebut diatas.
3.7 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian yaitu :
1. Volume air keluar hasil pemompaan (V) dan waktu uap terbentuk (s)
yang digunakan untuk menghitung debit aliran air (Q).
2. Besar head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk
menghitung daya pompa (Wp).
3. Perhitungan daya pompa (Wp), luas kolektor (Ac) dan perhitungan
radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung efisiensi sistem (η
sistem).
Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :
Hubungan daya pemompaan, efisiensi sistem dengan waktu menurut
besar head pemompaan dan hubungan antara efisiensi sensibel kolektor
dengan waktu dan hubungan energi surya yang datang, faktor efisiensi
4.1 Data Penelitian
Pada pengambilan data penelitian ini didapat data-data pengukuran seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.7
Tabel 4.5 Data pemompaan dengan head 1 meter.
Tabel 4.6 Data pemompaan dengan head 1,5 meter.
Tabel 4.7 Data pemompaan dengan head 1,75 meter.
4.2 Perhitungan Efisiensi Sensibel Kolektor
Efisiensi Sensibel Kolektor pada data Tabel 4.1 sampai Tabel 4.4 dapat
dihitung dengan Persamaan 1.
Contoh perhitungan dari Tabel 4.1 data yang kedua dengan menggunakan
Persamaan 1, data yang diperlukan dalam perhitungan yaitu luasan kolektor ( Ac ) :
Perhitungan efisiensi sensibel pada data yang lain dengan cara yang sama
dapat dilihat pada Tabel 4.8, Tabel 4.9, Tabel 4.10, dan Tabel 4.11.
Data hasil perhitungan yang berharga minus ( - ) tidak dimasukkan ke dalam
tabel perhitungan.
Tabel 4.8 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor data 1, sebagai berikut :
waktu ∆ t
Tabel 4.9 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor data 2, sebagai berikut :
waktu ∆ t
Tabel 4.10 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor data 3, sebagai berikut :
Tabel 4.10 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor data 3, sebagai berikut :(lanjutan)
Tabel 4.11 Perhitungan efisiensi sensibel kolektor data 4, sebagai berikut :
waktu ∆ t
4.3 Perhitungan Daya Pemompaan
Daya pemompaan pada variasi head 1 meter, 1,5 meter, dan 1,75 meter dapat
dihitung dengan Persamaan 3.
Contoh perhitungan dari Tabel 4.5 data yang pertama dengan menggunakan
Persamaan 3 , data yang diperlukan dalam perhitungan yaitu massa jenis air ( ρ ) :
1000 kg/m3, percepatan gravitasi ( g ) : 9,8 m/s , volume air keluar hasil
pemompaan ( v.out ) : 0,00015 m , lama waktu pemompaan ( t ) : 52 detik , head
pemompaan ( H ) : 1 m.
2 3
Debit pemompaan dihitung dengan Persamaan 2 :
Q = V.out/waktu
= 0,00015/52
Daya Pemompaan dihitung dengan Persamaan 3 :
Wp = 1000.(9,8).( 0.0000029).(1)
= 0.027 watt
Perhitungan daya pemompaan pada data yang lain dengan cara yang sama
dapat dilihat pada Tabel 4.12, Tabel 4.13, dan Tabel 4.14.
Tabel 4.12 Perhitungan Daya Pemompaan head 1 meter.
Waktu
Tabel 4.13 Perhitungan Daya Pemompaan head 1,5 meter.
Tabel 4.13 Perhitungan Daya Pemompaan head 1,5 meter. ( lanjutan )
Tabel 4.14 Perhitungan Daya Pemompaan head 1,75 meter.
Waktu
51 0,0001 1,75 0,00000196 0,0318
15 0,00007 1,75 0,00000467 0,0758
8 0,000025 1,75 0,00000313 0,0508
9 0,00002 1,75 0,00000222 0,0361
8 0,00002 1,75 0,00000250 0,0406
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541
6 0,00001 1,75 0,00000167 0,0271
4.4 Perhitungan Efisiensi Sistem
Efisiensi sistem pada semua variasi head dihitung dengan Persamaan 5.
Contoh perhitungan dari tabel 4.12 data yang pertama dengan menggunakan
Persamaan 5, data yang diperlukan dalam perhitungan yaitu daya pemompaan (Wp) :
0,026792 Watt, daya pemanas spritus ( Wspritus ) : 56 Joule
100%
Perhitungan efisiensi sistem pada data yang lain dengan cara yang sama dapat
dilihat pada Tabel 4.15, Tabel 4.16, dan Tabel 4.17.
Data hasil perhitungan yang berharga minus ( - ) tidak dimasukkan ke dalam
Tabel 4.15. Perhitungan efisiensi sistem pada head 1 meter.
Tabel 4.16. Perhitungan efisiensi sistem pada head 1,5 meter.
Tabel 4.17. Perhitungan efisiensi sistem pada head 1,75 meter.
51 0,0001 1,75 0,00000196 0,0318 56 0,056863
15 0,00007 1,75 0,00000467 0,0758 56 0,135333
8 0,000025 1,75 0,00000313 0,0508 56 0,090625
9 0,00002 1,75 0,00000222 0,0361 56 0,064444
8 0,00002 1,75 0,00000250 0,0406 56 0,072500
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541 56 0,096667
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541 56 0,096667
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541 56 0,096667
6 0,00002 1,75 0,00000333 0,0541 56 0,096667
6 0,00001 1,75 0,00000167 0,0271 56 0,048333
4.5 Perhitungan Faktor Efisiensi
Faktor efisiensi pada data Tabel 4.1 sampai Tabel 4.4 dapat dihitung dengan
Persamaan 6.
Contoh perhitungan dari Tabel 4.8 data yang pertama dengan menggunakan
persamaan 6 dengan data yang diperlukan yaitu konduktifitas spon ( K spon ) : 0,14
W/mK, tebal spon = 0,002 m, koefisien kerugian tangki penyimpanan ( Us ) :
(
)
Perhitungan efisiensi sistem pada data yang lain dengan cara yang sama dapat
dilihat pada Tabel 4.18, Tabel 4.19, Tabel 4.20 dan Tabel 4.21.
Data hasil perhitungan yang berharga minus ( - ) tidak dimasukkan ke dalam
tabel perhitungan.
Tabel 4.18. Perhitungan Faktor Efisiensi pada data 1 menggunakkan kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Tabel 4.20. Perhitungan Faktor Efisiensi data 3 menggunakkan kolektor CPC
4.6 ANALISA DATA
Gambar 4.1 Hubungan antara efisiensi sensibel dengan waktu pada data 1, data 2, data 3, dan data 4 kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Pada Gambar 4.1 terlihat efisiensi sensibel yang mengalami kenaikan hanya
pada data 1 saja, sedangkan pada data yang lain mengalami penurunan efisiensi
sensibelnya. Hal yang mempengaruhi efisiensi sensibel yaitu kenaikan temperatur
fluida kerja, seperti hubungan yang ditunjukkan pada Persamaan 1. Pada persamaan
tersebut variabel yang berubah besarnya yaitu kenaikan temperatur suhu fluida kerja
dengan energi surya yang datang. Pada data 1 terlihat bahwa kenaikan temperatur
fluida kerja mengalami kenaikan yang signifikan dan disertai dengan energi surya
kenaikan temperatur suhu fluida kerjanya dan disertai juga dengan perubahan energi
surya yang datang. Jadi kita dapatkan grafik seperti pada Gambar 4.1.
Gambar 4.2 Hubungan antara waktu dengan daya pemompaan.
Dari Gambar 4.2 dapat kita ketahui bahwa untuk semua data daya
pemompaan semua head daya pemompaannya semakin bertambah dari waktu
ke waktu. Pada data daya pemompaan 1 meter dan 1,75 meter mengalami
penurunan daya pemompaanya. Hal tersebut dipengaruhi oleh pemanasan
pada evaporator yang berlebihan yang dapat menyebabkan unjuk kerja alat
dapat berkurang. Untuk daya pemompaan 1,5 meter, daya pemompaannya
cenderung naik dan stabil. Hal tersebut terjadi karena pemanasan pada
evaporator tidak berlebih dan terjadi keseimbangan antara pemanasan pada
evaporator dengan pendinginan pada kondenser. Pada head 1,5 meter ini juga
Gambar 4.3 Hubungan antara waktu dengan efisiensi sistem.
Dari Gambar 4.3 dapat kita ketahui bahwa untuk data efisiensi sistem
semua head semakin bertambah dari waktu ke waktu. Hal tersebut terjadi
karena efisiensi sistem ini tergantung dengan besarnya daya pemompaan
karena hubungan antara efisiensi sistem dengan daya pemompaan seperti
pada Persamaan 5. Jadi didapatkan bentuk grafik yang mirip dengan grafik
Gambar 4.4 Hubungan antara energi surya yang datang, faktor efisiensi, dengan waktu pada data 1 ( Tabel 4.18 ) kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Dari Gambar 4.4 terlihat energi surya yang datang mengalami kenaikan dari
waktu ke waktu. Berbeda dengan faktor efisiensinya yang mengalami penurunan dari
waktu ke waktu. Terlihat bahwa pada energi surya yang datang kecil maka faktor
efisiensinya besar. Antara energi surya yang datang dengan faktor efisiensi memiliki
hubungan seperti yang ada pada Persamaan 6. Faktor yang sangat mempengaruhi
terhadap nilai F’ dalam perhitungan yaitu besar dTs yang dihitung menurut nilai Ts
karena variabel – variabel yang lain pada pembilang konstan. Ts juga dipengaruhi
dan energi surya yang datang yang semakin besar maka didapatkan besar faktor
efisiensi yang semakin turun dari waktu ke waktu.
Gambar 4.5. Hubungan antara energi surya yang datang, faktor efisiensi, dengan waktu pada data 2 (Tabel 4.19) kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Dari Gambar 4.5 diatas terlihat bahwa energi surya yang datang dari
waktu ke waktu mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pada
pengambilan data cuaca kurang mendukung, yaitu tidak stabilnya energi
surya yang terpancar. Hal tersebut mempengaruhi besar faktor efisiensinya
dimana hubungan antara energi surya yang datang dengan faktor efisiensi ada
pada Persamaan 6. Pada persamaan tersebut besar dTs yang diperoleh dari
perhitungan pertama dengana dTs perhitungan kedua. Maka faktor
efisiensinya juga mengalami penurunan seperti kita lihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.6 Hubungan antara energi surya yang datang, faktor efisiensi, dengan waktu pada data 3( Tabel 4.20 ) kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Dari Gambar 4.6 terlihat nilai energi surya yang datang naik dari awal
waktu sampai akhir waktu pengambilan data. Naiknya energi surya yang
datang akan sangat berpengaruh pada faktor efisiensinya karena keduanya
ada hubungan seperti yang ada pada Persamaan 6. Pada pengambilan data
cuaca mendukung sehingga didapatkan energi surya yang datang semakin
naik seperti pada Gambar 4.6. Hal tersebut dikarenakan dTs tidak
menunjukkan perbedaan yang signifikan, dan apabila dTs ini dihubungkan
dengan energi surya yang datang menurut Persamaan 6 , maka akan
didapatkan nilai faktor efisiensi yang yang mengalami kenaikan dari waktu
ke waktu seperti yang terlihat pada Gambar 4.6.
Gambar 4.7. Hubungan antara energi surya yang datang, faktor efisiensi, dengan waktu pada data 4 ( Tabel 4.21) kolektor CPC dengan luasan 0,8 m2.
Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa energi surya yang datang mengalami
kenaikan dari waktu ke waktu. Energi surya yang datang semakin besar dari
waktu ke waktu juga mempengaruhi besarnya faktor efisiensi seperti
sangat mendukung sehingga didapatkan energi surya yang datang semakin
lama semakin besar seperti terlihat pada Gambar 4.7 diatas. Faktor efisiensi
nampak turun dari waktu ke waktu, hal tersebut dipengaruhi oleh besar nilai
dTs yang merupakan hasil perhitungan selisih Ts antara data pertama dengan
data kedua dan seterusnya. Pada pengujian didapatkan dTs yang memiliki
perbedaan nilai yang sangat sigifikan. Maka akan didapatkan nilai faktor
efisiensi yang semakin turun menurut hubungan yang ada pada Persamaan 6
.
Dari data yang diperoleh dengan dua pengujian yang berbeda yaitu pengujian
kolektor dan pengujian pompa apabila data yang diperoleh pada masing – masing
pengujian dihubungkan maka menurut data yang diperoleh pada pengujian pompa
dengan pemanas spritus, daya yang dihasilkan pemanas spritus dapat digantikan oleh
energi surya yang datang dengan catatan cuaca mendukung pada saat melakukan
pengujian, karena dari data pengujian kolektor pada saat cuaca mendukung
didapatkan daya yang besarnya sama dengan daya yang dihasilkan oleh pemanas
spritus sehingga pompa dapat bekerja. Jadi tidak diperlukan dua pengujian yang
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis data, perhitungan dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Perbandingan efisiensi sensibel kolektor, daya pemompaan, efisiensi sistem, dan faktor efisiensi yang dapat dihasilkan pompa air energi termal dengan tipe kolektor CPC adalah sebagai berikut:
a. Efisiensi sensibel kolektor maksimum yang dihasilkan adalah 12,68%.
b. Daya pemompaan maksimum yang dihasilkan adalah 0,696 Watt didapat pada variasi head 1,5 m.
c. Efisiensi sistem maksimum yang dihasilkan adalah 0,1371% didapatkan pada variasi head 1m.
d. Faktor efisiensi maksimum yang dihasilkan adalah 57,2183%.
PT.Pradnya Paramitha, Jakarta
Cengel, Yunus. A , Thermodynamics An Engieering Approach, Property Tables And Charts ( SI Units ), Fourth Edition, New York, San Fransisco, St.Louis
Mahkamov, K.; Djumanov, D., Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion Engineering Conference, 17-21 August 2003, Portsmouth, Virginia
Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, Jakarta
Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1995). The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue 12, December 1995, Pages 1167-1173
Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1999). The importance of the condenser in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 40, Issue 16, December 1999.
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.
Lampiran 1. Sel Surya yang Telah Dikalibrasi Untuk Mengukur Radiasi Surya
Lampiran 2. Termokopel dan Displainya
