PEMODELAN POMPA AIR TENAGA TERMAL MENGGUNAKAN MEMBRAN DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

(1)

PEMODELAN POMPA AIR TENAGA TERMAL

MENGGUNAKAN MEMBRAN

DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajad sarjana S-1

Diajukan oleh :

Stephanus Adhitya W.A

NIM : 035214041

Kepada

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

THERMAL POWERED WATER PUMP MODELLING

USING MEMBRANCE WITH SINGLE PIPE EVAPORATOR

Final Project

Pressented as partial fulfillment of the requirements to obtain The Sarjana Teknik degree in

Mechanical Engineering

By

Stephanus Adhitya Warsita Aji Student number : 035214041

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

Science And Tecnology Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

(3)

TUGAS AKHIR

PEMODELAN POMPA AIR ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN MEMBRAN DENGAN EVAPORATOR PIPA

TUNGGAL

Disusun oleh :

Nama : St. Adhitya Warsita Aji NIM : 035214041

Telah disetujui oleh :

Pembimbing Utama

(4)

Tugas Akhir

PEMODELAN POMPA AIR ENERGI TERMAL

MENGGUNAKAN MEMBRAN DENGAN

EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

Dipersiapkan dan ditulis oleh Stephanus Adhitya Warsita Aji

NIM : 035214041

Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 26 Januari 2008

dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

Ketua : Budi Setyahandana, S.T., M.T. ______________ Sekretaris : I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. ______________ Anggota : Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ______________

Yogyakarta, 26 Januari 2008 Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta Dekan

(5)

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi di sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka

Yogyakarta, Januari 2008

(6)

INTISARI

Di Indonesia air mudah didapat namun umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat air tersebut diperlukan, sehingga diperlukan pompa air. Pompa air yang kita kenal umumnya digerakkan dengan energi minyak bumi atau energi listrik. Alternatif lain untuk memompa air adalah memanfaatkan sumber energi alam, salah satunya adalah energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk

memompa air dapat dilakukan dengan menggunakan evaporator termal atau yang lebih sering disebut pompa air energi termal.

Pada penelitian ini akan dibuat model pompa air energi termal dengan menggunakan fluida kerja air pada beberapa variasi evaporator berdiameter 3/8 in, 1/2 in dan 5/8 in (panjang 250 mm), daya pemanas 95 watt, dan variasi head pemompaan (0,8 m; 1,0 m; dan 1,2 m) serta akan diteliti pengaruhnya pada unjuk kerja alat.

(7)

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Stephanus Adhitya W.A

Nomor Mahasiswa : 035214041

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma, ilmiah saya yang berjudul :

PEMODELAN POMPA AIR TENAGA TERMAL MENGGUNAKAN MEMBRAN DENGAN EVAPORATOR PIPA TUNGGAL

Berserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 02 Februari 2008 Yang menyatakan

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan perlindungan-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat tersusun dan dapat terselesaikan dengan lancar. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan yang berupa dorongan, motivasi, doa, sarana, materi sehingga dapat terselesaikannya Tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya, antara lain

1. Romo Dr. Ir. P. Wiryono Priyotamtama, SJ., selaku Rektor Universitas Sanata Dharma.

2. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.S.C. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Budi Sugiharto, S.T.,M.T, selaku ketua Program Studi Teknik Mesin. 4. Bapak Ir, FA. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen Pembimbing Utama Tugas

Akhir yang tiada henti memberi semangat dan pertolongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(9)

6. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

7. Ignasius Kurniadi, Galih permadi, Yosiana Swastikarina dan teman seperjuangan dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

8. Rekan-rekan mahasiswa khususnya angkatan 2003 dan 2004 yang telah berjuang bersama dan memberikan masukan-masukan serta dorongan dalam penyelesaian Tugas Akhi ini.

9. Pihak keluarga terutama orang tua yang selalu membantu dan memberi dukungan yang besar.

10. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan Laporan Kerja Praktek ini.

Penulis sangat menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga penulisan Laporan Kerja Praktek ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

Terima kasih.

Yogyakarta, Januari 2008

(10)

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Tittle Page ...ii

Halaman Pengesahan Pembimbing... iii

Halaman Pengesahan ... iv

Halaman Pernyataan ...v

Intisari ... vi

Kata Pengantar ... viii

Daftar Isi ... ix

Daftar Gambar ... xi

Daftar Tabel ... xiii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ...1

I.2 Rumusan masalah ...2

I.3 Tujuan Penelitian...3

I.4 Batasan Masalah ...3

I.5 Manfaat ...4

BAB II LANDASAR TEORI II.1 Prinsip Kerja ...6

II.2 Efisiensi Pompa...6

II.3 Efisiensi Sensibel Evaporator...6

(11)

II.5 Efisiensi Evaporator...8

II.6 Efisiensi Sistem ...8

II.7 Penelitian Yang Pernah Dilakukan...9

BAB III METODE PENELITIAN III.1 Skema Alat ...11

III.2 Variabel Yang Divariasikan...12

III.3 Variabel Yang Diukur...12

III.4 Langkah Penelitian ...13

III.5 Pengolahan Dan Analisa Data ...13

BAB IV HASIL PENELITIAN IV.1 Data Penelitian ...15

IV.1.1 Kolektor pipa tembaga 3/8 in dengan Head 0,8 m ...16

IV.1.5 Kolektor pipa tembaga 1/2 in dengan Head 1 m ...20

IV.1.8 Kolektor pipa tembaga 5/8 in dengan Head 1 m ...23

IV.2 Kondisi Mula-mula ...25

IV.3 Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan ...25

(12)

IV.4.1 Evaporator Pipa Tembaga 3/8 in ...26

IV.5 Analisa Data ...59

BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan ...68

V.2 Saran ...68

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Skema Alat Penelitian... ...11

Gambar 4.1. Skema Pompa Termal Dengan Membran... ... ...15

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Head Pemompaan Dengan Efisiensi Sensibel ...59

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Efisiensi Laten Dengan Waktu Pipa 3/8 in ...60

Gambar 4.6. Grafik Hubungan Efisiensi Evaporator Dengan Waktu Pipa 3/8 in ...61

Gambar 4.9. Grafik Hubungan Daya Pemompaan Dengan Waktu Pipa 3/8 in ...64

Gambar 4.12. Grafik Hubungan Efisiensi Sistem Dengan Waktu Pipa 3/8 in...66

DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data Penelitian Pompa termal Pipa 3/8 in Heat Pemompaan 0,8 m...16

Tabel 4.2. Data Penelitian Pompa termal Pipa 3/8 in Heat Pemompaan 1,0 m...17

(14)

Tabel 4.10. Data Perhitungan Daya Api Lentera... ... ...27

Tabel 4.11. Data Perhitungan Efisiensi Sensibel Pipa 3/8 in.... ... ... ...27

Tabel 4.12. Data Perhitungan Efisiensi Laten Pipa 3/8 in Pada Head 0,8 m.. ...29

Tabel 4.15. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 3/8 in Pada Head 0,8 m . ...31

Tabel 4.16. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 3/8 in Pada Head 1,0 m.. ...32

Tabel 4.17. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 3/8 in Pada Head 1,2 m.. ...32

Tabel 4.18. Data Perhitungan Daya Pemompaan Pipa 3/8 in Pada Head 0,8 m...33

Tabel 4.19. Data Perhitungan Daya Pemompaan Pipa 3/8 in Pada Head 1,0m...34

Tabel 4.20. Data Perhitungan Daya Pemompaan Pipa 3/8 in Pada Head 1,2m...34

Tabel 4.21. Data Perhitungan Efisiensi Sistem Pipa 3/8 in Pada Head 0,8 m... ...35

Tabel 4.23. Data Perhitungan Efisiensi Sistem Pipa 3/8 in Pada Head 1,2 m. . ...36

(15)

Tabel 4.28. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 1/2 in Pada Head 0,8 m ....42

Tabel 4.29. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 1/2 in Pada Head 1,0 m. ...43

Tabel 4.36. Data Perhitungan Efisiensi Sistem Pipa 1/2 in Pada Head 1,2 m. ...47

Tabel 4.41. Data Perhitungan Efisiensi Evaporator Pipa 5/8 in Pada Head 0,8 m ....53

Tabel 4.46. Data Perhitungan Daya Pemompaan Pipa 5/8 in Pada Head 1, 2 m...56

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Air adalah salah satu sumber kehidupan, selain itu air juga merupakan cairan yang banyak dan mudah ditemui di lingkungan sekitar. Dalam kehidupan sehari-hari air sangat banyak manfaatnya, misalnya untuk memasak, mandi, mencuci dan sebagainya. Ketersediaan air di Indonesia sangat berlimpah namun pada umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat yang dituju sehingga diperlukan alat untuk mengalirkan air dari sumbernya ke tempat yang diinginkan.

(17)

ember, menimba atau dengan pompa tangan. Hal tersebut banyak membuang waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih produktif.

Salah satu cara lain adalah memanfaatkan sumber energi dari 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, angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor termal. Sel surya masih merupakan teknologi yang tinggi dan mahal bagi masyarakat terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya sangat terbatas. Disisi lain kolektor termal merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang unjuk kerja kolektor termal untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi panas di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinannya. Sebagai simulasi pompa pulsa jet, panas yang digunakan adalah panas dari api.

I.2 Rumusan Masalah

(18)

pengembunan tergantung pada keefektifan pendingin. Hal ini sangat mempengaruhi kerja pompa pulsa jet.

Pada penelitian ini akan dibuat model pompa termal dengan menggunakan fluida kerja air pada beberapa variasi kolektor termal dan diteliti pengaruhnya pada unjuk kerja alat. Konstruksi kolektor, pendingin dan pompa dibuat sesederhana mungkin dengan bahan-bahan yang mudah didapat sehingga diharapkan dapat dibuat sendiri oleh masyarakat.

I.3 Tujuan Penelitian

a. Mendalami cara kerja pompa air menggunakan kolektor sederhana dari bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang dapat didukung kemampuan industri lokal.

b. Mengetahui debit, head, efisiensi kolektor dan efisiensi pompa yang dapat dihasilkan.

c. Membandingkan hasil-hasil penelitian ini dengan hasil penelitian lain yang ada.

I.4 Batasan Masalah

a. Pompa air tenaga termal dengan membran menggunakan panas dari api lentera.

(19)

d. Ukuran kolektor yang digunakan adalah pipa tembaga berdiameter 3/8 in, 1/2 in, 5/8 in..

e. Pendingin yang digunakan adalah pendingin termosifon.

I.5 Manfaat

a. Ikut berpasitipasi dalam pengembangan penelitian pompa termal. b. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal.

c. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan referensi penelitian berikutnya untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi termal yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

(20)

BAB II

LANDASAN TEORI

Pompa air energi termal umumnya terdiri dari 3 komponen utama yaitu: (1) evaporator, (2) pompa air dan (3) kondenser. Evaporator yang digunakan umumnya evaporator pipa tembaga. Pompa air yang digunakan umumnya pompa jenis membran. Kondenser yang digunakan model termosifon.

(21)

II.1 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari pompa termal ini sangat sederhana yaitu panas api dari lentera memanaskan dan menguapkan air dalam evaporator. Uap bertekanan dari evaporator mengalir menuju membran dan mendorong air dari tabung pompa untuk keluar menuju tangki penampung. Uap yang berada dalam tabung kondensor lalu didinginkan dengan pendingin termosifon dan uap yang sebagian menyusut (tekanan vakum) menjadi air kembali ke evaporator.kemudian air tersebut dipanaskan lagi.

II.2 Efisiensi Pompa

Efisiensi dari suatu alat adalah perbandingan dari keluaran yang dihasilkan dengan masukan yang diberikan. Unjuk kerja pompa air tenaga termal

dinyatakan dengan efisiensi evaporator (ηC) dan efisiensi sistem (ηSistem).

Efisiensi evaporator terdiri dari efisiensi sensibel evaporator (ηS) dan efisiensi

laten evaporator (ηL).

II.3 Efisiensi Sensibel Evaporator ( S)

(22)

in

Besarnya energi yang tersedia dapat dihitung dengan cara memanaskan air kemudian selang beberapa waktu di ukur temperaturnya.

t

CP : panas jenis fluida kerja (J/(kg.°C))

∆T : kenaikan temperatur air (°C)

t : lama waktu pemanasan (detik)

II.4 Efisiensi Laten Evaporator ( L)

Efisiensi laten evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan fluida kerja dengan energiyang disediakan selama waktu tertentu. Efisiensi laten evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

(23)

dengan :

mg : massa uap fluida kerja (kg/detik)

hfg : panas laten air (J/(kg))

Massa uap fluida kerja (m) dapat dihitung dengan:

V

m_fg = ρ⋅ (2.4)

dengan :

ρ : massa jenis uap (kg/m3)

V : volume pemompaan (m3/detik)

II.5 Efisiensi Evaporator ( C)

Efisiensi evaporator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang berguna (menaikkan temperatur dan menguapkan fluida kerja) dengan energi yang disediakan selama waktu tertentu atau efisiensi evaporator merupakan jumlah efisiensi sensibel dan efisiensi laten evaporator. Efisiensi evaporator dapat dihitung dengan persamaan :

C = S + L (2.5)

dengan:

ηS : efisiensi sensibel evaporator

(24)

II.6 Efisiensi Sistem ( sistem)

Efisiensi sistem didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan energi yang disediakan selama waktu tertentu.

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

H Q g

W_out =ρ. . . (2.6)

Efisiensi sistem dapat dihitung dengan persamaan :

in out sistem

W W

=

η (2.7)

dengan:

ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/detik2) Q : debit pemompaan (m3/detik) H : head pemompaan (m)

II.7 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

(25)

(26)

BAB III

METODE PENELITIAN

III.1 Skema Alat

Pompa air energi termal pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama:

1. Satu pipa evaporator dengan panjang 0,25 m diameter 3/8 in, 1/2 in, 3/4 in. 2. Pompa : pompa membran dalam tabung kaca yang dilengkapi 2 katup satu

arah pada sisi masuk dan sisi keluar.

3. Kondenser termosifon.

Skema pompa air energi termal dapat dilihat sebagai berikut :

(27)

Keterangan:

1. Tangki penampung atas

2. Saluran air menuju tangki penampung atas 3. Katup pembuangan keluar

4. Manometer 5. Katup hisap 6. Sumber air

7. Membran berupa balon 8. Tabung membran 9. Pendingin termosifon 10. Evaporator termal 11. Lentera spritus

III.2 Variabel yang Divariasikan

a. Ukuran pipa evaporator mula-mula divariasikan sebanyak 3 variasi. b. Tinggi head pemompaan yang digunakan, divariasikan sebanyak 3

variasi.

III.3 Variabel yang Diukur

a. Temperatur fluida kerja mula-mula (Tf1)

b. Temperatur fluida kerja setelah selang waktu tertentu (Tf2)

c. Daya masukan yang diberikan (Win)

(28)

e. Tekanan fluida kerja (Ptekan dan Phisap) f. Debit pemompaan (Q)

Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel dan pengukurannya tekanan menggunakan manometer.

III.4 Langkah Penelitian

a. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 2.1 b. Pengambilan data dilakukan dengan mevariasikan ukuran penampang

pipa dan head pemompaan.

c. Pengambilan data dilakukan sebanyak 9 data tiap 10 menit. d. Pada variasi salah satu parameter, harga parameter yang lain tetap. e. Data yang dicatat adalah temperatur fluida kerja mula-mula (Tf1),

temperatur fluida kerja setelah selang waktu tertentu (Tf2), daya masukan

(Win), lama waktu pencatatan data, tekanan fluida kerja (Pf),

f. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk varisi berikutnya kondisi alat harus pada temperatur normal (27-30 oC), didiamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan pengambilan data variasi saat ini.

III.5 Pengolahan dan Analisa Data

(29)

1. Hubungan daya pemompaan, efisiensi sensibel evaporator, efisiensi laten evaporator dan efisiensi sistem dengan waktu, jumlah fluida kerja mula-mula dan head pemompaan.

(30)

BAB IV

HASIL PENELITIAN

IV.1 Data Penelitian

Kita akan mengetahui data yang telah diambil dengan variasi yang berbeda. Pengambilan data tiap variasi hanya dilakukan sekali saja.

Skema alat :

(31)

IV.1.1 Evaporator pipa tembaga 3/8 in dengan Head pemompaan 0,8 m

Hari/Tanggal : Jumat, 7 Desember 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Pemanas : 1 Lentera spriritus

Evaporator : Pipa Tembaga 3/8 in dengan panjang 0,25 m Pendingin : Tabung tembaga termosifon

Data penelitian :

(32)

IV.1.2 Evaporator pipa tembaga 3/8 in dengan Head pemompaan 1 m

Hari/Tanggal : Selasa, 7 Desember 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Pemanas : 1 lentera spriritus

Data penelitian :

(33)

Hari/Tanggal : Kamis, 7 Desember 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Pemanas : 1 lentera spritus

Data penelitian :

(34)

Hari/Tanggal : Kamis, 29 November 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Pemanas : 1 Lentera spritus

Data penelitian :

(35)

Pemanas : 1 lentera spritus

Data penelitian :

(36)

Pemanas : 1 lentera spiritus

Data penelitian :

(37)

Hari/Tanggal : Senin, 26 November 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Data penelitian :

(38)

Hari/Tanggal : Selasa, 27 November 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Data penelitian :

(39)

Hari/Tanggal : Selasa, 27 November 2007 Tempat : Laboratorium Mekanika Fluida Fluida Kerja : Air

Data penelitian :

(40)

IV.2 Kondisi Pompa Mula-mula

a. Pompa terisi air penuh

b. Tabung pompa pada kondisi terisi air.

c. Membran pada posisi menyusut (tidak ada fluida didalamnya).

d. Evaporator dan pendingin termosifon terisi air penuh (didalam evaporator tidak diperbolehkan ada udara terjebak)

IV.3 Asumsi yang Digunakan dalam Perhitungan

Asumsi yang digunakan untuk menghitung efisiensi sensibel evaporator : Massa fuida yang dipanasi adalah massa air dalam evaporator Titik didih air 100oC

Selisih suhu adalah hasil pengurangan T maksimum dengan T minimum.

Faktor difusivitas (perambatan panas) lambat.

Energi yang dikeluarkan spiritus 95 Watt. Dengan cara memanaskan air 0,1 liter pada cawan, kemudian didapat temperatur tiap waktu 2

menit (selama 4 menit). Perkalian

t T Cp.∆ .

ρ didapat daya api.

Asumsi yang digunakan untuk menghitung efisiensi laten evaporator :

Massa fluida yang diuapkan adalah massa fluida yang dipompakan per satuan waktu

(41)

Perhitungan menggunakan tabel saturated water dan berdasarkan pada tekanan P tekan

Faktor difusivitas (perambatan panas) lambat

IV.4 Perhitungan Data

IV.4.1 Evaporator pipa tembaga 3/8 in

A. Efisiensi Sensibel Evaporator ( S)

Diketahui :

• Ukuran evaporator d = 9,5 mm = 0,0095 m

L = 250 mm = 0,25 m n = 1 buah

• Volume air dalam evaporator

1

• Massa air dalam evaporator

mf = V . = 0,0000708 x 1000 = 0,0708kg

• Panas jenis air / Cp = 4200 J/kg°C

• Selisih suhu

T = 93,6 – 60= 33,6°C

• Selang waktu pemanasan ( t ) = 140 detik

(42)

Tabel 4.10 Data perhitungan daya input (api) pada penelitian pompa termal

4 100,5 30,4 240 212,8

Q rata-rata 94,92

%

Dengan perhitungan yang sama diperoleh :

Head pemompaan

T t Effisiensi Sensibel (%)

0,8 33,6 140 75,12

1,0 33,1 145 71,45

1,2 32,9 155 66,44

(43)

B. Efisiensi Laten Evaporator ( L)

Diketahui :

• Tekanan P tekan = 1,1 psi (terukur) = 108,58 kPa (absolut)

• Debit air pemompaan =

menit

• Volume spesifik saturated vapor (vg) dicari dengan

interpolasi linier :

g

• Massa fluida yang diuapkan per satuan waktu

mg = Q . = 4,83.10-7 m3/s . 0,63341 kg/m3 = 3,05.10-7 kg

• Entalpi (hfg) dicari dengan interpolasi linier

(44)

hfg = 2252,06 kJ/kg

Tabel 4.12 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 3/8 in pada penelitian pompa termal dengan head pemompaan 0,8 m

Waktu mg hfg Win L

(menit) (kg/s) (J/kg) (watt) (%)

10 3,06148E-07 2252060 95 0,73

20 3,58932E-07 2252060 95 0,85

30 3,48376E-07 2252060 95 0,83

40 4,85614E-07 2252060 95 1,15

50 4,43387E-07 2252060 95 1,05

(45)

Tabel 4.13 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 3/8 in pada penelitian pompa termal dengan head pemompaan 1 m

Waktu mg hfg Win L

10 2,70083E-07 2250175 95 0,64

20 2,80887E-07 2250175 95 0,67

30 3,02493E-07 2250175 95 0,72

40 3,241E-07 2250175 95 0,77

50 2,5928E-07 2250175 95 0,61

60 2,37673E-07 2250175 95 0,56

Waktu mg hfg Win L

10 2,6078E-07 2249705 95 0,62

20 1,73853E-07 2249705 95 0,41

30 1,62988E-07 2249705 95 0,39

40 1,95585E-07 2249705 95 0,46

50 1,95585E-07 2249705 95 0,46

(46)

C. Efisiensi Evaporator ( C)

L S

C η η

η = +

= 76,31 + 1,6 = 77,91 %

Tabel 4.15 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 0,8 m

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 75,12 0,73 75,85

20 75,12 0,85 75,97

30 75,12 0,83 75,95

40 75,12 1,15 76,27

50 75,12 1,05 76,17

(47)

Tabel 4.16 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1 m

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 71,45 0,64 72,09

20 71,45 0,67 72,12

30 71,45 0,72 72,17

40 71,45 0,77 72,22

50 71,45 0,61 72,06

60 71,45 0,56 72,01

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 66,44 0,62 67,06

20 66,44 0,41 66,85

30 66,44 0,39 66,83

40 66,44 0,46 66,90

50 66,44 0,46 66,90

(48)

D. Daya Pemompaan (Wout)

Diketahui :

• Debit pemompaan (Q) = 290 ml/10 menit = 4,83.10-7 m3/s

• Head pemompaan pemompaan (H) = 0,8 m

Wout = g Q H

= 1000 kg/m3 . 9,81 m/s2 . 4,83.10-7 m3/s . 0,8 m = 0,00379 watt

Dengan menggunakan cara yang sama didapatkan :

Tabel 4.18 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa termal

dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 0,8 m.

Waktu G Q H Wout

(menit) (kg/m3) (m/s2) (m3/s) (m) (watt) 10 1000 9,81 4,83333E-07 0,8 0,0037932 20 1000 9,81 5,66667E-07 0,8 0,0044472

30 1000 9,81 0,00000055 0,8 0,0043164

40 1000 9,81 7,66667E-07 0,8 0,0060168

50 1000 9,81 0,0000007 0,8 0,0054936

(49)

Tabel 4.19 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1 m.

Waktu G Q H Wout

(menit) (kg/m3) (m/s2) (m3/s) (m) (watt)

10 1000 9,81 4,16667E-07 1 0,0040875

20 1000 9,81 4,33333E-07 1 0,004251

30 1000 9,81 4,66667E-07 1 0,004578

40 1000 9,81 0,0000005 1 0,004905

50 1000 9,81 0,0000004 1 0,003924

60 1000 9,81 3,66667E-07 1 0,003597

Tabel 4.20 Hasil perhitungan daya pemompaan pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1,2 m.

Waktu g Q H Wout

10 1000 9,81 0,0000004 1,2 0,0047088

20 1000 9,81 2,66667E-07 1,2 0,0031392

30 1000 9,81 0,00000025 1,2 0,002943

40 1000 9,81 0,0000003 1,2 0,0035316

50 1000 9,81 0,0000003 1,2 0,0035316

(50)

E. Efisiensi Sistem ( sistem)

% 100 x W W

in out sistem =

η = 100%

95 0.0037932

x = 0,0039928 %

Dengan cara perhitungan yang sama diperoleh :

Tabel 4.21 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 0,8 m.

Waktu Wout Win sistem

(menit) (watt) (watt) (%)

10 0,003793 95 0,00399

20 0,004447 95 0,00468

30 0,004316 95 0,00454

40 0,006017 95 0,00633

50 0,005494 95 0,00578

(51)

Tabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1 m.

10 0,004088 95 0,00430

20 0,004251 95 0,00447

30 0,004578 95 0,00482

40 0,004905 95 0,00516

50 0,003924 95 0,00413

60 0,003597 95 0,00379

Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi sistem pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1,2 m.

10 0,004709 95 0,00496

20 0,003139 95 0,00330

30 0,002943 95 0,00310

40 0,003532 95 0,00372

50 0,003532 95 0,00372

(52)

Dengan cara perhitungan seperti evaporator pipa tembaga 3/8 in maka diperoleh :

• Ukuran evaporator d = 38,1 mm = 0,0127 m

L = 250 mm = 0,25 m n = 1 buah

• Volume air dalam evaporator

1

mf = V . = 0,0001267 x 1000 = 0,1267kg

• Selisih suhu

(53)

Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator 1/2 in pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon

Head pemompaan

(m)

T (°C) t (s) Effisiensi Sensibel (%)

0,8 29,0 200 81,22

1,0 31,1 220 79,18

1,2 32,2 240 75,15

Diketahui :

menit

(54)

• Massa jenis ( ) =

mg = Q . = 4,83.10-7 m3/s . 0,6192 kg/m3 = 2,99.10-7 kg

(55)

Tabel 4.25 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 1/2 in pada penelitian pompa termal dengan membran pada head pemompaan 0,8 m.

Waktu mg hfg Win L

10 2,99328E-07 2253947 95 0,71

20 2,99328E-07 2253947 95 0,71

30 3,19972E-07 2253947 95 0,76

40 3,61258E-07 2253947 95 0,86

50 2,06433E-07 2253947 95 0,49

60 3,61258E-07 2253947 95 0,86

Tabel 4.26 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 1/2 in pada penelitian pompa termal dengan membran pada head pemompaan 1 m.

Waktu mg hfg Win L

10 1,080E-07 2253946 95 0,26

20 1,188E-07 2253946 95 0,28

30 1,512E-07 2253946 95 0,36

40 2,052E-07 2253946 95 0,49

50 2,268E-07 2253946 95 0,54

(56)

Tabel 4.27 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 1/2 in pada penelitian pompa termal dengan membran pada head pemompaan 1,2 m.

Waktu mg hfg Win L

10 8,175E-08 2253946 95 0,19

20 8,72E-08 2253946 95 0,21

30 1,308E-07 2253946 95 0,31

40 1,308E-07 2253946 95 0,31

50 2,398E-07 2253946 95 0,57

(57)

L S

C η η

η = +

= 81,22+ 1,42 = 82,64 %

Tabel 4.28 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa termal dengan head pemompaan 0,8 m

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 81,22 0,71 81,93

20 81,22 0,71 81,93

30 81,22 0,76 81,98

40 81,22 0,86 82,08

50 81,22 0,49 81,71

(58)

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 79,18 0,26 79,44

20 79,18 0,28 79,46

30 79,18 0,36 79,54

40 79,18 0,49 79,67

50 79,18 0,54 79,72

60 79,18 0,56 79,74

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 75,15 0,19 75,34

20 75,15 0,21 75,36

30 75,15 0,31 75,46

40 75,15 0,31 75,46

50 75,15 0,57 75,72

(59)

Diketahui :

• Debit pemompaan (Q) = 290 ml/10 menit = 4,83.10-7 m3/s

Wout = .g.Q.H

= 1000 kg/m3 . 9,81 m/s2 . 4,83.10-7 m3/s . 0,8 m = 0,00379 watt

Tabel 4.31 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 0,8 m.

Waktu G Q H Wout

(60)

Tabel 4.32 Hasil perhitungan efisiensi evaporator pada penelitian pompa termal dengan membran dan pendingin termosifon head pemompaan 1 m.

Waktu g Q H Wout

10 1000 9,81 1,66667E-07 1 0,001635

20 1000 9,81 1,83333E-07 1 0,001799

30 1000 9,81 2,33333E-07 1 0,002289

40 1000 9,81 3,16667E-07 1 0,003107

50 1000 9,81 0,000000350 1 0,003434

60 1000 9,81 3,66667E-07 1 0,003597

Waktu G Q H Wout

10 1000 9,81 0,000000125 1,2 0,001472

20 1000 9,81 1,33333E-07 1,2 0,001570

30 1000 9,81 0,00000020 1,2 0,002354

40 1000 9,81 0,00000020 1,2 0,002354

50 1000 9,81 3,66667E-07 1,2 0,004316

(61)

% 100

x W W

in out sistem =

η = 100%

95 0.0037932

x = 0,0039928 %

10 0,003793 95 0,00399

20 0,003793 95 0,00399

30 0,004055 95 0,00427

40 0,004578 95 0,00482

50 0,002616 95 0,00275

(62)

10 0,001635 95 0,00172

20 0,001799 95 0,00189

30 0,002289 95 0,00241

40 0,003107 95 0,00327

50 0,003434 95 0,00361

60 0,003597 95 0,00379

10 0,0014715 95 0,00155

20 0,0015696 95 0,00165

30 0,0023544 95 0,00248

40 0,0023544 95 0,00248

50 0,0043164 95 0,00454

(63)

Dengan cara perhitungan seperti evaporator pipa tembaga 3/8 in maka diperoleh :

• Ukuran evaporator d = 15,875 = 0,01588 m

mf = V . = 0,000198 x 1000 = 0,198kg

• Selisih suhu

(64)

Tabel 4.37 Hasil perhitungan efisiensi sensibel evaporator 5/8 in pada penelitian

0,8 24,9 230 94,77

1,0 25,8 240 94,10

1,2 25,7 255 88,22

Diketahui :

menit

(65)

• Massa jenis ( ) =

mg = Q . = 9,58.10-7 m3/s . 0,6298 kg/m3 = 6,03E-07kg

(66)

Waktu mg hfg Win L

10 6,03558E-07 2252532 95 1,43

20 5,0384E-07 2252532 95 1,19

30 4,7235E-07 2252532 95 1,12

40 5,45827E-07 2252532 95 1,29

50 4,82847E-07 2252532 95 1,14

60 3,88377E-07 2252532 95 0,92

Tabel 4.39 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 5/8 in pada penelitian pompa termal dengan head pemompaan 1 m.

Waktu mg hfg Win L

10 2,92829E-07 2251350 95 0,69

20 3,83340E-07 2251350 95 0,91

30 3,19450E-07 2251350 95 0,76

40 3,30098E-07 2251350 95 0,78

50 2,66208E-07 2251350 95 0,63

(67)

Tabel 4.40 Hasil perhitungan efisiensi laten evaporator 5/8 in pada penelitian pompa termal dengan head pemompaan 1,2 m.

Waktu mg hfg Win L

10 2,86244E-07 2250175 95 0,68

20 2,80843E-07 2250175 95 0,67

30 2,26835E-07 2250175 95 0,54

40 2,05232E-07 2250175 95 0,49

50 2,26835E-07 2250175 95 0,54

(68)

L S

C η η

η = +

= 94,77 + 2,86 = 97.63 %

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 94,77 1,43 96,20

20 94,77 1,19 95,96

30 94,77 1,12 95,89

40 94,77 1,29 96,06

50 94,77 1,14 95,91

(69)

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 94,1 0,69 94,79

20 94,1 0,91 95,01

30 94,1 0,76 94,86

40 94,1 0,78 94,88

50 94,1 0,63 94,73

60 94,1 0,76 94,86

Waktu S L C

(menit) (%) (%) (%)

10 88,22 0,68 88,90

20 88,22 0,67 88,89

30 88,22 0,54 88,76

40 88,22 0,49 88,71

50 88,22 0,54 88,76

(70)

Diketahui :

• Debit pemompaan (Q) = 575ml/10 menit = 9,58.10-7 m3/s

Wout = .g.Q.H

= 1000 kg/m3 . 9,81 m/s2 . 9,58.10-7 m3/s . 0,8 m = 0,00752 watt

Waktu G Q H Wout

10 1000 9,81 9,583E-07 0,8 0,007521

20 1000 9,81 0,0000008 0,8 0,0062784

30 1000 9,81 0,0000007 0,8 0,005886

40 1000 9,81 8,667E-07 0,8 0,0068016

50 1000 9,81 7,667E-07 0,8 0,0060168

(71)

Waktu g Q H Wout

10 1000 9,81 4,583E-07 1 0,004496

20 1000 9,81 0,0000006 1 0,005886

30 1000 9,81 0,0000005 1 0,004905

40 1000 9,81 5,167E-07 1 0,005069

50 1000 9,81 4,167E-07 1 0,004088

60 1000 9,81 0,0000005 1 0,004905

Waktu g Q H Wout

10 1000 9,81 4,41667E-07 1,2 0,0051993

20 1000 9,81 4,33333E-07 1,2 0,0051012

30 1000 9,81 0,00000035 1,2 0,0041202

40 1000 9,81 3,16667E-07 1,2 0,0037278

50 1000 9,81 0,00000035 1,2 0,0041202

(72)

% 100 x W W

in out sistem =

η = 100%

95 0.007521

x = 0,00792 %

10 0,007521 95 0,00792

20 0,0062784 95 0,00661

30 0,005886 95 0,00620

40 0,0068016 95 0,00716

50 0,0060168 95 0,00633

(73)

10 0,004497 95 0,00473

20 0,005886 95 0,00620

30 0,004905 95 0,00516

40 0,005069 95 0,00534

50 0,004088 95 0,00430

60 0,004905 95 0,00516

10 0,0051993 95 0,00547

20 0,0051012 95 0,00537

30 0,0041202 95 0,00434

40 0,0037278 95 0,00392

50 0,0041202 95 0,00434

(74)

IV.5 Analisis Data

Dari hasil penelitian dan perhitungan telah didapatkan beberapa perbedaan. Perbedaan tersebut disebabkan beberapa faktor yang terjadi selama penelitian. Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu diadakan suatu analisa dan pembahasan dari data yang diperoleh selama penelitian.

Head Vs Effisiensi Sensibel

0.0

Gambar 4.2 Grafik hubungan head pemompaan dengan efisiensi sensibel evaporator

Dari grafik dapat diketahui bahwa efisiensi sensibel evaporator mempunyai titik optimum terhadap ukuran evaporator pipa tembaga tertentu. Semakin besar ukuran evaporator pipa tembaga, maka effisiensi sensibel evaporator cenderung

(75)

Efisiensi Laten KolektorVs Waktu Pipa Tembaga 3/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi laten dengan waktu pipa tembaga 3/8 in

Efisiensi Laten Evaporator Vs Waktu Pipa Tembaga 1/2 in

0

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

(76)

Efisiensi Laten Evaporator Vs Waktu Pipa Tembaga 5/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi laten dengan waktu pipa tembaga 5/8 in

Efisiensi Evaporator Vs Waktu Pipa Tembaga 3/8 in

66

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m) Linear (1,2 m)

(77)

Effisiensi Evaporator Vs Waktu Pipa Tembaga 1/2 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.7 Grafik hubungan Effisiensi Evaporator dengan waktu pipa 1/2 in

Effisiensi Evaporator Vs Waktu Pipa Tembaga 5/8 in

88

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

(78)

(79)

Daya keluaran Pompa Vs Waktu Pipa Tembaga 3/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.9 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu pipa 3/8 in

Daya Keluaran Vs Waktu Pipa Tembaga 1/2 in

0

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

(80)

Daya Keluaran Vs Waktu Pipa Tembaga 5/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.11 Grafik hubungan daya pemompaan dengan waktu pipa 5/8 in

(81)

Efisiensi Sistem Vs Waktu Pipa tembaga 3/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.12 Grafik hubungan effisiensi sistem dengan waktu pipa 3/8 in

Effisiensi Sistem Vs Waktu Pipa Tembaga 1/2 in

0

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

(82)

Efisiensi Sistem Vs Waktu Pipa Tembaga 5/8 in

Linear (0,8 m)

Linear (1,0 m)

Linear (1,2 m)

Gambar 4.14 Grafik hubungan effisiensi sistem dengan waktu pipa 5/8 in

(83)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari semua penelitian, uji coba, perhitungan dan analisa data dapat disimpulkan sebagai berkut :

1. Secara umum pompa air tenaga termal tergantung pada pengendalian suhu untuk mencari suhu optimum (adanya kesetimbangan antara pemanasan dan pendinginan), tekanan kerja pompa dan adanya udara yang terjebak sewaktu mengisi air yang mengganggu proses pemompaan.

2. Maksimum efisiensi sensibel sebesar 94,77 %, rata–rata efisiensi evaporator 96,2 %, rata–rata daya pemompaan sebesar 0,00619 watt, rata– rata efisiensi laten sebesar 1,43 %, rata–rata efisiensi sistem sebesar 0,00655 % terjadi pada variasi pipa tembaga pipa 5/8 in head 0,8 m. 3. Hasil perbandingan efisiensi sistem pompa termal ini lebih baik 0.001%

dibandingkan dengan pompa termal yang tidak menggunakan membran.

5.2 Saran

1. Pemanasan evaporator harus panas yang konstan, perubahan suhu secara tiba-tiba akibat gangguan dari luar sangat mempengaruhi kerja pompa. 2. Waktu proses tekan dan hisap (satu siklus) sebaiknya di ukur sehingga

(84)

DAFTAR PUSTAKA

Çengel, A. Yunus & Robert H. 2005.Turner. Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences.Mc Graw Hill : New York