Pompa air energi termal menggunakan pelat evaporator 30 cc - USD Repository

(1)

i

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh: NURI HARTARTO

NIM : 075214020

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

By:

NURI HARTARTO

NIM : 075214020

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii INTISARI

Air sangat penting bagi kehidupan, tetapi tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya sehingga diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik tetapi banyak tidak daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet). Pompa air energi termal terdiri dari 3 (tiga) komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, dan (3) tuning pipe (pipa osilasi). ). Evaporator terbuat dari pelat tembaga dengan tebal 0,5 mm, berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc dan disambung dengan pipa tembaga 1/2 inci

sepanjang 31 cm. Pemanas untuk pembakaran (kompor) dibuat menggunakan pelat tembaga 0,5 mm juga yang berbentuk kubus dengan penampang atas terbuka dengan volume 125 cm3. Volume spirtus yang digunakan untuk pembakaran 100 cc. Pipa osilasi yang digunakan memakai dua ukuran, yaitu 1/2 inci dan 3/8 inci.

(8)

viii

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 Pelat 30 cc ” 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. Bapak Dwiseno Wihadi, 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.

(9)

ix

7. Kedua orang tua saya yang selalu bersabar dan bersemangat untuk mendidikku.

8. Ketiga kakak saya Nicolas Wantoro Nugroho, Christina Pujiatun, Julius Aris Riyadi yang selalu setia memberi semangat dan dukungan baik secara material ataupun doa-doanya.

9. Rekan kerja Yusup Agus Suryono, Heribertus Dwi Prihantoro dan Robertus Agung Setiyawan yang saling membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir.

10. Seluruh karyawan dan pegawai Fakultas Tata Usaha Sains dan Teknologi yang telah membantu kelancaran proses administrasi selama penyusunan Tugas Akhir ini.

11. 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, 14 Januari 2011

(10)

x

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMI...vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI... x

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2

a. Tujuan Penelitian ... 2

b. Manfaat Penelitian ... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...4

2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ... 4

2.2 Dasar Teori ... 6

(11)

xi

3.4 Variabel yang Diukur ... 19

3.5 Metode dan Langkah Penelitian ... 19

3.6 Analisa Data ... 20

3.7 Peralatan Pendukung ... 20

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22

4.1 Data Penelitian Alat ... 22

4.2 Perhitungan Pompa...35

4.3 Grafik Hubungan Gaya, Efisiensi dan Debit Pompa dengan Jenis Variasi...42

4.4 Perbandingan Debit, Daya dan Efisiensi antar Evaporator...45

4.4.1 Perbandingan Debit antar Evaporator...47

4.4.2 Perbandingan Daya antar Evaporator...51

4.4.3 Perbandingan Efisiensi antar Evaporator...55

BAB V. PENUTUP...61

5.1 Kesimpulan...61

5.2 Saran...61

DAFTAR PUSTAKA...62

(12)

xii

Tabel 4.2. Percobaan ke-2 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi ½

inci dan Volume 30 cc, head 1,8 m...22 Tabel 4.3. Percobaan ke-3 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

Inci dan Volume 30 cc, head 1,8 m...23 Tabel 4.4. Percobaan ke-4 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

/

8

/

8

/

8

inci dan Volume 160 cc, head 2,5 m...26 Tabel 4.8. . Percobaan ke-8 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

inci dan Volume 160 cc, head 2,5 m...28 Tabel 4.9. .Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

/

8

inci dan Volume 200 cc, head 1,8 m...32 Tabel 4.11 Data Pengujian Daya Spirtus...34 Tabel 4.12. Perhitungan Daya Spirtus...36 Tabel 4.13. Perhitungan pompa variasi head dengan pipa osilasi

1

/2 inci dan 3/8 inci dengan volume evaporator pelat 30 cc, 160 cc

dan 200 cc serta volume spirtus 100 cc...37 Tabel 4.14. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dengan Volume

(13)

xiii

Tabel 4.16. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi /2 inci dengan

volume 150 cc pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2...39 Tabel 4.17. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dengan

(14)

xiv

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ... ...8

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump...9

Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump...10

Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump...11

Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump...12

Gambar 3.1 Skema Alat...15

Gambar 3.2 Dimensi Evaporator...16

Gambar 3.3.1 Variasi Diameter Selang Osilasi...18

Gambar 3.3.2 Variasi Ketinggian Head...18

Gambar 4.1Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc...37

Gambar 4.2 Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc...38

Gambar 4.3 Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Daya Pompa Evaporator 10 x 10 cm2...42

Gambar 4.4 Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Efisiensi Pompa Evaporator 10 x 10 cm2...43

Gambar 4.5Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Debit Pompa Evaporator 10 x 10 cm2...44

Gambar 4.6Evaporator pipa tunggal...46

Gambar 4.7Evaporator 2 pipa pararel...46

Gambar 4.8 Perbandingan Debit antar Evaporator Menggunakan Head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci...47

(15)

xv

Gambar 4.12. Perbandingan Daya antar Evaporator pada Head 1,5 m

dengan pipa osilasi 3/8 inci...51

Gambar 4.16. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,5 m

(16)

(17)

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 kita olah dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini sangatlah mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.

Pada umumnya pompa air dapat digerakkan energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik, selain itu penggunaan energi listrik menyebabkan biaya penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Alternatif lain pompa air energi termal, jenis pompa air energi termal yaitu pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (Water Pulse Jet).

(18)

energi surya. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut salah satunya bisa menggunakan kolektor surya plat datar jenis Compound Parabolic Collector (CPC) sehingga perlu dilakukan penelitian berikutnya tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan pada pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.

1.2. Batasan Masalah

Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:

1. Massa jenis air yang digunakan 1000 kg/m3 untuk berbagai kondisi. 2. Panas jenis air yang digunakan 4192,47 J/Kg oC untuk berbagai

kondisi.

3. Rugi-rugi gesekan, belokan pada pipa, kekentalan fluida dalam pipa diabaik.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

a. Tujuan Penelitian

(19)

2. Unjuk kerja pompa debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum dengan variasi evaporator mulai 30 cc, 60cc

dan 70 cc pompa air energi termal jenis pulsa jet air (Water Pulse Jet) masing-masing sama menggunakan pelat berpenampang 10 x 10 cm2. Selanjutnya hasil ke tiga evaporator tersebut digunakan sebagai pembanding.

3. Membadingkan hasil yang diperoleh dari pompa air energi termal jenis pulsa jet air (Water Pulse Jet) menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 bervolume 30 cc dengan penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.

.

b. Manfaat penelitian :

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian pompa energi panas berbasis motor

stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith, 2005 ). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan

(21)

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 (ηpompa) maksimum 0,060 % pada variasi bukaan kran

30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC 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 (ηpompa) maksimum 0,213 %,

dan debit (Q) maksimum 0,584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1,75 m dan bukaan kran 0ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).

Selanjutnya dalam penelitian “Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 2 Pipa Paralel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0,148 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,03 %, dan debit (Q)

(22)

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 2.3, 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.

Pada Gambar 2.2, menunjukkan dimensi evaporator pipa tunggal yang digunakan untuk penelitian yang pernah dilakukan (Nugroho, 2009).

Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsa Jet

(23)

Keterangan Gambar :

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

6. Katup buang satu arah

Gambar 2.2 Dimensi Evaporator

(24)

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet

(Smith, T. C. B, 2005)

Keterangan bagian-bagian pulse jet :

1. Fluida air 5. Tuning pipe

2. Sisi uap 6. Katup hisap

3. Sisi panas 7. Katup buang

(25)

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump

(Smith, T. C. B, 2005) 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

(26)

Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump

(Smith, T. C. B, 2005)

(27)

Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump

(Smith, T. C. B, 2005)

Keterangan bagian-bagian Nifte Pump : 1. Kekuatan piston 6. Katup

2. Beban 7. Saturator

(28)

Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump\

(Smith, T. C. B, 2005)

(29)

Untuk selanjutnya melakukan perhitungan debit air keluaran, daya pemompaan, daya spirtus dan efisiensi pompa.

Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan (Giles, V. R, 1986) :

t t : waktu yang diperlukan (detik)

(30)

(31)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Deskripsi Alat

Pada penelitian Pompa Energi Termal Evaporator Pelat 30 cc ini, peneliti menggunakan alat yang terlihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Skema Alat

Keterangan :

1. Evaporator 6. Corong keluaran 11. Tangki air 2. Tempat spritus 7. Pipa osilasi 1/2 inci 12. Gelas ukur 3. Katup tekan 8. Pipa osilasi 3/8 inci 13. Rangka 4. Katup hisap 9. Kran pipa osilasi 3/8 inci

(32)

Evaporator pelat pada Gambar 3.2 di bawah ini adalah dimensi-dimensi yang digunakan untuk penelitian.

Gambar 3.2 Dimensi Evaporator

Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama yaitu:

1. Evaporator menggunakan bahan dari pelat tembaga sebagai bagian yang dipanasi.

2. Pipa tembaga sebagai tempat masukknya air dan sebagai tempat kotak pemanas.

3. Kotak pemanas / pembakaran yang terbuat dari plat tembaga sebagai tempat bahan bakar spirtus.

10 cm

(33)

3.2 Prinsip Kerja Alat

Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut :

Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water pulse jet pump). Evaporator dan sistem yang berisi air mula-mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spritus. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja air sehingga terjadi osilasi. Pada saat menerima uap bertekanan yang cukup, air dalam sistem terdorong keluar melalui saluran buang, kemudian uap mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

3.3 Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Variasi diameter selang osilasi ( 3/8 dan 1/2 inchi ).

(34)

Pada Gambar 3.3.1 dibawah ini menunjukkan letak variasi selang osilasi yang masing-masing selang dipasang kran, sedangkan pada Gambar 3.3.2 menunjukkan variasi-variasi untuk ketinggian keluaran air (head).

Gambar 3.3.1 Variasi Diameter Selang Osilasi

(35)

3.4. Variabel yang Diukur

Variabel-variabel yang diukur antara lain : - Volum air yang keluar (V) - Waktu (t)

Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa) serta daya spirtus (Wspirtus).

3.5 Metode dan Langkah Penelitian

Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat.

Langkah – langkah pengambilan data pompa :

1. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem (selang-selang osilasi). 2. Alat diatur pada ketinggian head 1,80 m.

3. Uji diameter selang osilasi ( 3

/

8 dan 1/2 inchi ) yang menghasilkan volume

air keluaran terbanyak.

4. Gunakan diameter selang osilasi ( 3

/

8 dan 1/2 inchi ) yang menghasilkan

volume air keluaran terbanyak. 5. Mengisi bahan bakar spirtus.

(36)

7. Mencatat waktu serta volume air yang dihasilkan pompa hingga sistem berakhir.

8. Ulangi no 3 – 7 pada pengujian selanjutnya dengan menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan head 2,5 m (sebelum memulai pengujian menggunakan head yang lain sebaiknya fluida diisi lagi hingga rata-rata head yang mau diuji).

3.6 Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume keluaran (output) air (V) dan waktu pemompaan (t) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) digunakan untuk menghitung daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa).

Selanjutnya hasil analisis ditampilkan pada bentuk grafik hubungan antar daya pompa, efisiensi pompa terhadap waktu.

3.7 Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

a. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir. b. Gelas Ukur Besar

(37)

c. Gelas Ukur Kecil

Gelas ukur kecil dipakai untuk mengukur volume spritus yang digunakan sebagi bahan bakar pembakaran agar waktu padamnya api sama.

d. Ember

(38)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian Alat

Pengambilan data pada penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 bervolume 30 cc (Gambar dapat dilihat di lampiran) dengan volume spirtus 100 ml diperoleh data-data pompa seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.10.

(39)

(40)

(41)

(42)

Tabel 4.6 Percobaan ke-6, Volume Air Keluaran Menggunakan Evaporator 30 cc, Pipa Osilasi 3

/

8inci dan head 1,5 m (lanjutan)

(43)

Tabel 4.7. Percobaan ke-7 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

(44)

Tabel 4.7. Percobaan ke-7, Volume Air Keluaran menggunakan evaporator 160

(45)

(46)

Tabel 4.8. Percobaan ke-8, Volume Air Keluaran Menggunakan Evaporator 160 berikutnya dilakukan pengukuran ulang terhadap volume evaporator, ternyata volumenya naik menjadi 200 cc (Gambar dapat dilihat pada lampiran)

(47)

(48)

Tabel 4.9. Percobaan ke-9 Volume Air Keluaran Pada Variasi Pipa Osilasi 3

/

8

inci dan Volume 200 cc, head 1,8 m (lanjutan) Waktu air

(49)

(50)

(51)

Tabel 4.11. Data Pengujian Daya Spirtus (lanjutan)

Waktu (detik) Suhu (⁰C)

540 72.0

600 78.4

240 49.2

4.2. Perhitungan Pompa

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 Percobaan ke-1 variasi head 1,8 m dengan pipa osilasi 1/2 inchi.

Perhitungan nilai Q ( debit ). Dimana besarnya volume keluaran sebesar 9200 ml , dan waktu yang diperlukan selama 334 menit 26 detik atau 2066 detik, sehingga debit yang dihasilkan :

Q =

detik 2066

9200 mililiter

(52)

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan ρsebesar1000 kg/m3 dan g sebesar 9,8 m/s2 :

WP =

ρ

.g.Q.H

W p = 1000 kg/m3 . 9,8 m/s2 . 0,0000027 m3/s . 1,8 m = 0,078 watt

Daya spritus dapat dihitung dari Tabel 4.12Perhitungan Daya Spirtus: Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung setelah diketahui m_air1kg

Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :

(53)

Tabel 4.12. Perhitungan Daya Spirtus

W spirtus total 3584,370

W spirtus rata-rata 358,440

Tabel 4.13. Perhitungan pompa variasi head dengan pipa osilasi 1/2 inci dan 3/8

inci dengan volume evaporator pelat 30 cc, 160 cc dan 200 cc serta volume spirtus 100 cc.

(54)

Selain melakukan perhitungan pada data untuk pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc, penelitian juga dilakukan perhitungan pada data untuk pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc dan pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc.

Gambar 4.1. Evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc

(55)

Tabel 4.14. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dengan Volume

Evaporator 70 cc pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2 Head

Setelah mengalami beberapa kali pemanasan, evaporator mengalami penggelembungan dan setelah dilakukan pengukuran ulang terhadap volume evaporator, ternyata volumenya naik menjadi 150 cc.

Evaporator 150 cc pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2 Head

Tabel 4.16. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dengan volume 150

(56)

Tabel 4.17. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 1/2 inci dengan volume 60

cc pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2 Head

Tabel 4.18. Perhitungan Pompa Variasi Pipa Osilasi 3/8 inci dengan Volume 60

cc pada Evaporator berpenampang 10 x 10 cm2 Head

Setelah mengalami beberapa kali pemanasan, evaporator mengalami penggelembungan dan setelah dilakukan pengukuran ulang terhadap volume evaporator, ternyata volumenya naik menjadi 170 cc.

(57)

Dalam penelitian pompa termal evaporator pelat 10 x 10 cm2 volume 30 cc ini, pada percobaan ke-1 hingga ke-4 menggunakan variasi head 1,8 m dan pipa osilasi 1/2 inci serta 3/8 inci untuk pemilihan hasil (daya, efisiensi dan debit)

terbaik dan selanjutnya untuk penelitian pada variasi head berikutnya (1,5 m, 2,5 m). Setelah melakukan penelitian percobaan ke-4, pipa osilasi 3/8 inci digunakan

untuk pengambilan data variasi head berikutnya.

Dilihat dari beberapa percobaan dalam tabel, variasi ketinggian (head), evaporator selalu diukur untuk mengetahui ada perubahan volume, ternyata volume pada evaporator mengalami peningkatan. Dengan peningkatan volume evaporator menyebabkan volume air dalam evaporator juga meningkat sehingga saat pemanasan evaporator penguapan yang terjadi dalam evaporator berlangsung lebih lama dari semula. Hal ini mengakibatkan osilasi tidak stabil dan volume air yang keluar juga tidak stabil dan volume air yang keluar juga mengalami pengurangan. Terbukti pada percobaan ke-7 dan ke-8 volume evaporator pelat yang semula 30 cc (percobaan ke-1 sampai ke-6) menjadi 160 cc dan pada percobaan ke-9 dan ke-10 menjadi 200 cc, ini terjadi karena ada penggelembungan evaporator yang secara terus menerus kebakar dan adanya tekanan saat terjadi pemompaan dalam sistem.

Volume disini sangat berpengaruh pada hasil-hasil daya, efisien, dan debit. Semakin besar volume yang ada dalam evaporator, maka daya, efisien dan debit semakin sedikit.

(58)

4.3. Grafik Hubungan Daya, Efisiensi dan Debit Pompa dengan Jenis

Variasi

Semua variasi percobaan atau penelitian baik head, pipa osilasi maupun volume pelat evaporator yang menghasilkan daya, efisiensi dan debit tercantum dalam grafik ini adalah hasil terbaik dari percobaan pompa termal evaporator pelat 10 x 10 cm2.

Gambar 4.3 Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Daya

Pompa Evaporator 10 x 10 cm2

Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa daya pompa maksimum adalah 0,090 Watt yang terdapat pada variasi ketinggian head 1,8 m. Untuk variasi head 1,5 m mampu menghasilkan daya maksimum sebesar 0,055 Watt dan pada head 2,5 m hanya memiliki daya maksimum 0,029 Watt. Dari ketiga keterangan diatas pipa osilasi menggunakan pipa osilasi 3/8 inci. Pada head 2,5 m memiliki daya

terkecil, dikarenakan semakin tinggi head maka semakin besar pula tekanan yang diperlukan untuk memompa air keluaran, sedangkan pada ketinggian head

(59)

1,8 m pada pipa osilasi ½ inci memiliki daya 0,083 Watt. Daya maksimum pada pipa osilasi 3/8 inci lebih besar bila dibandingkan dengan pipa osilasi ½ inci

karena fluida yang berosilasi pada pipa ukuran 3/8 inci mampu menghasilkan

tekanan yang lebih cepat dan lebih tinggi bila dibandingkan dengan pipa osilasi

½ inci.

Gambar 4.4 Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Efisiensi

Pompa Evaporator 10 x 10 cm2

Dari Gambar 4.4 efisiensi maksimum pompa terbesar 0,025 % yang terdapat pada variasi head 1,8 m pada pipa osilasi 3/8 inci. Untuk variasi

ketinggian head 1,5 m memiliki efisiensi 0,015 % dan variasi ketinggian head 2,5 m memiliki efisiensi 0,008 %. Dalam grafik tersebut terlihat bahwa efisiensi pada head 1,8 m pada pipa osilasi ½ inci mempunyai efisiensi 0,023 % lebih kecil bila dibandingkan efisiensi pada head ketinggian 1,8 m pipa osilasi 3/8 inci.

(60)

1,8, pipa osilasi 3/8 inci dan volume evaporator 160 cc memiliki efisiensi terkecil

dibandingkan dengan variasi-variasi lainnya, ini dikarenakan evaporator menggelembung sehingga volume evaporator jadi meningkat.

Gambar 4.5 Hubungan Variasi Head, Pipa Osilasi dengan Debit Pompa

Evaporator 10 x 10 cm2

Dari Gambar 4.5 terlihat bahwa debit pompa maksimum adalah 0,304 liter/menit yang terdapat pada variasi ketinggian head 1,8 m pada pipa osilasi

3

/8 inci. Untuk variasi head 1,5 m mampu menghasilkan daya maksimum

(61)

karena osilasi yang terjadi pada pipa osilasi 3/8 inci lebih cepat dan tinggi

sehingga tekanan yang dihasilkan lebih tinggi dan volume air yang keluar menjadi lebih banyak.

4.4. Perbandingan Debit, Daya, dan Efisiensi antar Evaporator

(62)

Gambar 4.6. Evaporator Pipa Tunggal

(63)

4.4.1 Perbandingan Debit antar Evaporator

Gambar 4.8. Perbandingan Debit antar Evaporator Menggunakan

Head 1,5 m dengan Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.8 debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,225 liter/menit (warna biru tua), masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci . Debit yang dihasilkan pompa dengan evaporator 2

pipa pararel adalah 0,539 liter/menit. Dari Gambar 4.8. terlihat bahwa terdapat perbedaan yang cukup jauh antara debit yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan evaporator yang lain. Hal ini kemungkinan terjadi karena osilasi yang terjadi pada pompa yang menggunakan 2 pipa pararel lebih stabil sehingga volume air yang keluar lebih stabil dan lebih banyak.

evaporator 2 pipa pararel bervolume 135 cc

(64)

Gambar 4.9. Perbandingan Debit antar Evaporator pada Head 1,8 m dengan Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.9. debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,304 liter/menit, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 3/8 inci inci. Debit yang dihasilkan pompa dengan

evaporator 2 pipa pararel adalah 0,423 liter/menit. Hal ini kemungkinan terjadi karena osilasi yang terjadi pada pompa yang menggunakan 2 pipa pararel lebih stabil sehingga volume air yang keluar lebih stabil dan lebih banyak. Dari Gambar 4.9. terlihat bahwa pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc memiliki debit paling kecil yaitu 0,129 liter/menit. Hal ini kemungkinan terjadi karena proses penguapan yang terjadi lebih lama sehingga berpengaruh terhadap kestabilan osilasi.

0.304

(65)

Dari Gambar 4.10. debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,071 liter/menit, masih lebih kecil bila dibandingkan dengan debit maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel karena merupakan pompa yang menghasilkan debit terbaik dibandingkan evaporator lain pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci. Debit yang dihasilkan pompa dengan evaporator 2

pipa pararel adalah 0,37 liter/menit. Dari Gambar 4.10. terlihat bahwa pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan voume 70 cc dan pompa menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc memiliki debit yang hampir sama dan yang terkecil diantara semua evaporator. Hal ini kemungkinan terjadi karena proses penguapan yang terjadi lebih lama sehingga berpengaruh terhadap kestabilan osilasi.

0.071 _0.062 _0.063

(66)

(67)

4.3.2 Perbandingan Daya Pompa antar Evaporator

Gambar 4.12. Perbandingan Daya antar Evaporator pada Head 1,5 m

dengan Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.12 daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,055 watt, hasilnya lebih kecil bila dibandingkan dengan daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dan evaporator pipa tunggal namun lebih besar bila dibandingkan dengan pompa yang menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 60 cc dan 70 cc. Pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel pada head 1,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel adalah 0,132 watt. Hal ini dipengaruhi oleh debit pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel merupakan debit yang terbaik. Perbedaan daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel dengan evaporator yang lain cukup besar.

0.055

evaporator 2 pipa pararel bervolume 135 cc

(68)

Gambar 4.13. Perbandingan Daya antar Evaporator pada Head 1,8 m dengan Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.13 daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,090 watt, lebih kecil bila dibandingkan dengan daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel namun lebih besar bila dibandingkan dengan pompa yang menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 60 cc dan 70 cc. Pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel pada head 1,8 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling baik dibandingakan

dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel adalah 0,124 watt. Pompa yang menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc dan 60 cc, memiliki perbedaan yang tidak terlalu besar, namun perbedaan dengan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc cukup besar.

(69)

Dari Gambar 4.14 daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator pelat 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc sebesar 0,029 watt, lebih kecil bila dibandingkan dengan daya maksimum pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel. Pompa menggunakan evaporator 2 pipa pararel pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 3/8 inci memiliki daya maksimum yang paling

baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel adalah 0,151 watt. Pada variasi ini perbandingan daya pompa yang dihasilkan evaporator 2 pipa memiliki hasil terbaik dan perbedaannya sangat begitu besar dibandingkan untuk evaporator pelat 30 cc, 60 cc dan 70 cc, yaitu untuk evaporator 30 cc menghasilkan 0,029 watt sedangkan untuk evaporator 60 cc dan 70 cc hanya menghasilkan 0,026

(70)

Dari Gambar 4.15 pompa menggunakan evaporator 2 pipa pararel pada head 2,5 m dengan pipa osilasi 1/2 inci memiliki daya maksimum yang paling

baik dibandingakan dengan evaporator jenis lain. Daya yang dihasilkan pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel adalah 0,104 watt. Namun daya tersebut hampir sama dengan daya yang dihasilkan oleh pompa yang menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc yaitu sebesar 0,104 watt. Pada penelitian ini daya yang dihasilkan pompa evaporator 2 pipa pararel lebih besar bila dibandingkan dengan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc dan 70 cc.

(71)

4.3.3 Perbandingan Efisiensi antar Evaporator

Gambar 4.16. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,5 m dengan

Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.16 efisiensi pada pompa yang menggunakan evaporator pipa tunggal merupakan efisiensi terbaik dibandingakan pompa yang menggunakan evaporator lain pada head 1,5 dengan pipa osilasi 3/8 inci. Pompa

yang menggunakan evaporator pipa tunggal memiliki efisiensi 0,094 %. Terdapat perbedaan yang sangat jauh antara efisiensi evaporator pipa tunggal dengan evaporator lain. Hal ini terjadi karena daya pemanas yang digunakan pada pompa dengan evaporator pipa tunggal lebih kecil dibandingkan dengan yang lain.

(72)

Gambar 4.17. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,8 m dengan Pipa Osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.17 efisiensi pada pompa yang menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc dan evaporator 2 pipa paralel mempunyai efisiensi yang sama yaitu 0,025 % serta merupakan efisiensi terbaik dibandingakan pompa yang menggunakan evaporator lain pada head 1,8 dengan pipa osilasi 3/8 inci. Namun pada evaporator pelat berpenampang 10 x 10

cm2 dengan volume 70 cc (efisiensi 0,011 %) perbedaannya sangat besar dibanding dengan evaporator jenis lainnya. Hal ini terjadi karena debit dan daya yang dihasilkan pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc juga yang paling kecil diantara yang lain.

0.025

(73)

Gambar 4.18. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,8 m dengan pipa osilasi 3/8 inci

Dari Gambar 4.18 efisiensi pada pompa yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel merupakan efisiensi terbaik dibandingakan pompa yang menggunakan evaporator lain pada head 2,5 dengan pipa osilasi 3/8 inci. Pompa

yang menggunakan evaporator 2 pipa pararel memiliki efisiensi 0,031 %. Perbedaan efisiensi yang terjadi antara evaporator 2 pipa parale dengan evaporator jenis lainnya sangat begitu besar perbandingannya.

0.008 _0.007 _0.007

(74)

Gambar 4.19. Perbandingan Efisiensi antar Evaporator pada Head 1,8 m dengan pipa osilasi 1/2 inci

Dari Gambar 4.19 evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 60 cc memiliki efisiensi terbaik dengan 0,029 %. Sedangkan pada evapotor plat 10 x 10 cm2 volume 30 cc memiliki efisinsi terbaik nomer 2 yaitu sebesar 0,023 %. Namun untuk perbedaan pada evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 volume 70 cc dengan variasi ini memiliki efisiensi paling kecil, kemungkinan besar terjadi karena debit dan daya yang dihasilkan pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 70 cc juga yang paling kecil diantara yang lain.

Penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2 dengan volume 30 cc pada awalnya berlangsung baik karena osilasi berlangsung stabil sehingga volume air keluaran stabil dan banyak. Namun setelah mangalami pemanasan beberapa kali, pelat mengalami penggelembungan dan volume air dalam evaporator meningkat. Dengan

0.023

(75)

peningkatan volume evaporator menyebabkan volume air dalam evaporator juga meningkat sehingga penguapan yang terjadi dalam evaporator berlangsung lebih lama dari semula. Hal ini mengakibatkan osilasi tidak stabil dan volume air yang keluar juga tidak stabil dan volume air yang keluar juga mengalami pengurangan.

Sebelum melakukan percobaan menggunakan evaporator pelat berpenampang 10 x 10 cm2, percobaan dilakukan dengan berbagai jenis evaporator. Percobaan yang pernah dilakukan adalah menggunakan evaporator berbentuk spiral dengan bahan pipa stainless steel, namun gagal. Kegagalan ini disebabkan oleh pemanasan yang kurang sempurna karena tidak semua permukaan spiral yang terbakar sehingga penguapan hanya terjadi pada titik-titik tertentu yang terkena api serta pada pipa stainless steel memiliki nilai konduktifitas yang begitu besar dibanding dengan tembaga. Setelah itu dicoba pula menggunakan evaporator pelat tembaga dengan penampang 5 x 5 cm 2 dan 6 x 6 cm2. Tidak terjadi osilasi selama percobaan karena luasan penampang yang terlalu kecil sehingga penguapan yang dibutuhkan untuk osilasi tidak cukup untuk menaikkan tekanan yang digunakan untuk menyedot air.

(76)

(77)

61 BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Evaporator jenis pulse jet jenis ini dianggap telah berhasil di buat.. 2. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0,089 Watt pada variasi

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

3. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,024 % pada variasi ketinggian head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci.

4. Debit (Q) maksimum 0.304 (liter/menit) pada variasi ketinggian head 1,8 m, diameter selang osilasi 3/8 inci.

5. Volume dalam evaporator mempengaruhi hasil besar kecilnya daya, efisien, dan debit.

6. Ketinggian head keluaran ouput air dan diameter selang osilasi berpengaruh pada besar kecilnya daya, efisien, dan debit.

5.2 Saran

1. Dalam membuat evaporator, sebaiknya pelat yang digunakan lebih tebal supaya evaporator tidak mudah menggelembung dan mudah rusak.

(78)

61 DAFTAR PUSTAKA

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

Smith, Thomas. 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

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.

(79)

(80)

(81)

Evaporator 10 x 10 cm2, volume 30 cc sebelum dibakar (tampak atas)

(82)

Evaporator 10 x 10 cm2, volume 30 cc sebelum dibakar (tampak samping)

(83)

Spirtus

(84)

Tangki Penampung Air

(85)

Tim Kerja