i
POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR
39 CC DAN PEMANAS 266 WATT
Tugas Akhir
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
MOHAMMAD SUHANTO
NIM : 065214013
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THERMAL ENERGY WATER PUMP WITH 39 CC EVAPORATOR
AND 266 WATT HEATER
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
MUHAMMAD SUHANTO
Student Number : 065214013
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2009
vii
INTISARI
Air sangat penting bagi kehidupan, akan tetapi jika tempat sumber mata air lebih rendah dari tempat pemakaiannya diperlukan pompa untuk mengalirkannya. Pada umumnya pompa air digerakkan oleh energi listrik sedangkan tidak semua daerah mampu menikmati jaringan listrik. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk penggerak pompa air adalah energi termal menggunakan bahan bakar spirtus. Untuk selanjutnya pompa termal ini akan dikembangkan dengan menggunakan pemanas dengan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang karakteristik kolektor surya jenis cpc tersebut. Karena 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 Puls Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar dengan cpc.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian 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 Dengan Evaporator 39 cc Dan Pemanas 266 watt “ 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 Sugiarto S.T, M.T., selaku Ketua Program studi Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing Akademik.
3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis
selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam penelitian ini.
6. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
ix
masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang bersifat membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.
Yogyakarta, 21 Januari 2010
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
TITLE PAGE... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi
INTISARI... vii
KATA PENGANTAR... viii
DAFTAR ISI... ix
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR GAMBAR... xi
BAB I. PENDAHULUAN... 1
1.l Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3
BAB II. DASAR TEORI... 4
Penelitian yang pernah dilakukan ... 4
xi
BAB III. METODE PENELITIAN... 13
3.1 Deskripsi Alat ... 13
3.2 Prinsip Kerja Alat ... 15
3.3 Variabel Yang Divariasikan... 17
3.4 Variabel Yang Diukur... 18
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 20
3.6 Analisa Data ... 21
3.7 Peralatan Pendukung... 21
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 23
4.1 Data Penelitian ... 23
4.2 Perhitungan ... 32
4.2.1. Perhitungan Pompa... 32
4.2.2. Perhitungan Kolektor... 34
4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ... 39
4.4 Grafik dan Pembahasan KolektorCPC... 46
BAB V. PENUTUP... 54
5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran ... 54
DAFTAR PUSTAKA... 65
xii
DAFTAR TABEL
4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º ... 23 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º... 23 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup15 º... 23 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup15 º... 24 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup30 º... 24 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran
Tertutup30 º... 24 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,75 m... 25 4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,75 m... 25 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1,50 m... 25 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
xiii
4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian
Head 1 m... 26
4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m... 26
4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara... 27
4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara... 27
4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air... 27
4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air... 28
4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran... 28
4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head... 28
4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin... 29
4.20 Data I Temperatur Penelitian KolektorCPC... 29
4.21 Data II Temperatur Penelitian KolektorCPC... 29
4.22 Data III Temperatur Penelitian KolektorCPC... 30
xiv
DAFTAR GAMBAR
2.1. Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet air ... 5
2.2. Gambar Pompa Air energi Termal Jenis Fluidyn Pump ... 5
2.3. Gambar Pompa Air energi Termal JenisNifte Pump... 6
2.4. Gambar Kolektor Plat Datar Konvensional... 9
2.5. Gambar Kolektor Plat DatarEvacuate Tube... 9
2.6. Gambar Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung... 10
2.7. Gambar Kolektor Plat Datar Parabolik Jenis Piringan... 11
3.1 Gambar Skema Alat Penelitian... 13
3.2 Gambar Detail Evaporator... 14
3.3 Gambar CPC Pada Kolektor... 14
3.4 Gambar Variasi Bukaan Kran... 17
3.5 Gambar Variasi Ketinggian Head... 17
3.6 Gambar Variasi Pendinginan... 18
3.7 Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa... 19
3.8 Gambar Posisi Termokopel Pada Kolektor... 19
4.1 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs debit... 39
xv
4.3 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan
Pendingin vs Efisiensi Pompa... 40 4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 40 4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,50 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 41 4.6 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m
Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara... 41 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 15º
Head 1,75 m dan Pendingin Udara... 42 4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 30º
Head 1,75 m dan Pendingin Udara... 42 4.9 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi
Pendingin Air Bukaan Kran 30º dan Head 1,75 m ... 43 4.10 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
dan F’ Pada Data I Kolektor CPC... 46 4.11 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
dan F’ Pada Data II Kolektor CPC... 47 4.12 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor )
xvi
4.13 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC... 49 4.14 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I
KolektorCPC... 50 4.15 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II
KolektorCPC... 51 4.16 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III
KolektorCPC... 52 4.17 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data IV
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.
Selama ini 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 Puls Jet), pompa air energi termal dengan jenisFluidyn Pumpdan pompa air energi termal dengan jenisNifte Pump.
2
Pada penelitian ini memilih pompa air energi termal jenis pulsajet air karena merupakan jenis pompa air yang paling sederhana serta mempunyai komponen yang mudah dibuat dan selanjutnya penelitian ini akan dikembangkan dengan menggunakan energi surya. Untuk memanfaatkan energi surya tersebut akan digunakan kolektor surya plat datar jenis Compound Parabolic Collector (CPC) sehingga perlu dilakukan penelitian tentang karakteristik kolektor tersebut yang merupakan teknologi sederhana sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk diaplikasikan untuk pompa tersebut. Unjuk kerja kolektor surya untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya di Indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan penelitian agar dapat diaplikasikan menjadi alat yang berguna bagi masyrakat.
1.2. Perumusan Masalah
Pada penelitian ini adalah model pompa air energi termal dengan variasi bukaan kran, ketinggian head dan jenis pendinginan untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa) yang dihasilkan dan penelitian karakteristik kolektor surya plat datar jenis cpc untuk mengetahui radiasi surya yang datang (G), faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi kolektor (η kolektor). Pada pengujian pompa beberapa variabel yang diukur saat pengujian yaitu suhu T1, T2, T3, T4, waktu pemompaan (t out) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V) sedangkan variabel yang diukur saat pengujian kolektor yaitu suhu T5, T6, T7, T8 dan G radiasi surya yang datang.
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian :
1. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Puls Jet).
2. Mengetahui faktor efisiensi kolektor (F’) dan efisiensi kolektor (η kolektor) maksimum kolektor surya plat datar dengan Compound Parabolic Collector (CPC).
Manfaat penelitian :
1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.
2. Dapat diaplikasikan dimasyarakat luas khusunya masyarakat Indonesia pada umumnya.
4
BAB II
DASAR TEORI
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 ethyl ethermemperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m (Wong, 2000). Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya 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).
2.1. Dasar Teori
Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (water puls jet), pompa air energi termal dengan jenis fluidyn pump dan pompa air energi termal dengan jenis nifte pump. Pada penelitian ini dibuat pompa energi termal jenis pulsa jet air (water puls jet) dengan menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain. Untuk jenis-jenis pompa air energi termal sebagai berikut:
Keterangan : 1. Fluida air 2. Sisi uap Gambar 2.1 Pompa Air Energi Termal Jenis pulsajet Air (Water Puls Jet)
Keterangan : 8. Sisi volume mati 9. Pengapung
6
Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal JenisNifte Pump
Prinsip kerja pompa secara sederhana pada jenis-jenis pompa termal diatas hampir semuanya sama, mula-mula saat fluida dalam evaporator terpanasi fluida dalam evaporator akan menguap dan saat memiliki tekanan yang cukup mendorong fluida dalam system dan terjadilah pemompaan. Setelah terjadi proses penguapan maka terjadi proses pengembunan karna fluida dalam evaporator menguap maka tidak ada fluida yang dipansi dan terjadilah penurunan suhu pada evaporator dan terjadi penurunan volume isi. Karena sistem dalam kondisi vakum akan terjadi proses penyerapan fluida dari sumber. Hal ini terjadi karena saat pengembunan terjadi penurunan masajenis sehingga terjadi penurunan tekanan dalam evaporator yang menyebabkan fluida akan tersedot kedalam sistem. Kerja pompa menekan dan menghisap akan terjadi bergantian dan terus menerus dan continue selang waktu tertentu.
Untuk mengetahui unjuk kerja jenis jenis pompa dilakukan penelitian serta perhitungan untuk mendapatkan diantaranya:
Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan:
t V
Q (2.1)
dengan:
V : volume air tiap satuan waktu (ml) t : waktu yang diperlukan (detik)
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: H g : percepatan gravitasi (m/s2) Q : debit pemompaan (m3/s) H : head pemompaan (m)
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
t
T
c
m
8
dengan :
mair : massa air (kg)
Cp : panas jenis air (J/kg K) ΔT : kenaikan temperatur (oC)
t : waktu yang diperlukan untuk pemanasan (detik)
Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan . Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
(2.4) dengan :
Wp : daya pemompaan (watt) Wpemanas: daya pemanas (watt)
Kolektor plat datar
Kolektor plat datar terdapat 2 jenis yaitu kolektor plat datar konvensional dan kolektor plat datar evacuated tube. Jenis kolektor plat datar konvensional adalah jenis yang paling umum digunakan. Pada prinsipnya terdiri dari kotak berisolasi di dalamnya terdapat reflektor dari alumunium foil yang menangkap radiasi surya yang datang dan dipantulkan ke pipa riser dan cpc dari kayu sebagai penyangga pipa sekaligus sebagai parabola untuk memfokuskan pemanasan pipa riser. Energi surya diterima reflektor dikonversikan menjadi panas kemudian
Wpemanas WP
pompa
fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dan menuju ke evaporator. Jenis kolektor plat datar evacuated terdiri dari beberapa tabung individual yang dihubungkan secara pararel, tiap tabung terdiri dari beberapa tabung kosentris. Jenis kolektor plat datar evacuated ini dapat mencapai temperatur 120OC dan dapat dimanfaatkan untuk sistem pendingin absorbsi, juga untuk pemrosesan air, uap dan panas pada industri.
Gambar 2.4 Kolektor Plat Datar Konvensional
10
Kolektor Plat Parabolik
Kolektor ini menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu.Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam. Ada 2 jenis kolektor plat parabolik yaitu jenis tabung (Through) dan piringan (Dish).Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang. Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90OC sampai 290OC dengan efisiensimaks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja. Jenis piringan (dish) kemampuan pemanasannya lebih besar dari jenis Trough, dapat mencapai temperatur 800OC dengan efisiensi tertinggi 70%. Karena titik fokusnya hanya 1 maka jenis ini harus selalu mengikuti gerak matahari karenanya jenis ini memiliki 2 sumbu gerak.Modifikasi jenis ini dapat digunakan untuk menggerakkan Heat Engine kecil yang menggerakkan generator listrik untuk menghasilkan listrik sehingga pemindahan energinya menggunakan kabel dan bukan pipa.
Gambar 2.6 Kolektor Plat Parabolik Jenis Tabung
Gambar 2.7 Kolektor Plat Parabolik Jenis Piringan
Faktor efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang diberikan ke evaporator dengan yang diterima kolektor. Faktor efisiensi kolektor dapat dihitung dengan persamaan:
F’ : faktor efisiensi
ms : massa oli evaporator ( kg ) cs : panas jenis oli (J/(kg.K))
θ : waktu pemanasan oli ( s ) Ac : luasan kolektor ( m2)
τ.α : transfusifitas kaca
12
UL : faktor koefisien panas di kolektor
Ts2 : temperatur rata – rata oli masuk dan keluar (0C) Ta : temperatur lingkungan (0C)
Efisiensi 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.
(2.6)
dengan :
Ac : luasan kolektor (m2)
CP : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K)) dt : lama waktu pemanasan (s)
G : radiasi surya yang datang (W/m2) mf : massa fluida kerja pada evaporator (kg)
ΔT : kenaikan temperatur spritus (0C)
dt
13
METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Pompa yangdigunakan dalam penelitian ini adalah pompa jenis water jet pump dan kolektor yang akan diteliti karakteristiknya adalah jenis kolektor platdatar dengan cpc (compound parabolic collector). Gambar skemanya sebagai berikut:
Pompa Thermal Kolektor Surya
Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian Keterangan pompa :
1. Tuning pipe 7. Selang keluaran
14
3. Gelas ukur 9. Pendingin
4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida
5. Katup hisap satu arah 11. Rangka
6. Katup buang satu arah 12. Saluran buang Keterangan kolektor surya:
1. Isolasi 2. Reflektor 3. Pipa riser 4. CPC
5. Rangka 6. Evaporator
7. Penampung Muai Oli
Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:
1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian yang dipanasi.
2. Kotak pemanas / pembakar dengan bahan bakar spirtus
3. Pendingin yaitu terdiri dari udara alami dan air dari kondenser / thermosifon
4. Tuning pipe atau pipa osilasi
Kolektor surya pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen utama: 1. Reflektor dengan aluminium foil
2. Pipa riser
3. CPC(Compound Parabolic Collector )
3.2 Prinsip Kerja Alat
Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut :
Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsa jet (water puls jet pump). Kondenser yang digunakan berbentuk pipa pvc. Pada penelitian ini menggunakan dua macam pendingin sebagai pendingin kondenser digunakan air dalam tangki yang dihubungkan ke kondenser dengan pipa evaporator. Tangki diletakkan lebih tinggi dari kondenser agar air pendingin dapat bersirkulasi secara alami dengan pendingin udara (alami).
16
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 / 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.
Untuk selanjutnya pompa termal ini akan dikembangkan dengan menggunakan pemanas dengan kolektor surya plat datar jenis CPC (Compound Parabolic Collector) sehingga dilakukan penelitian pula tentang karakteristik kolektor surya jenis cpc dan prinsip kerjanya dijelaskan sebagai berikut:
Prisip kerja kolektor adalah sebagai berikut :
Kolektor yang digunakan adalah jenis kolektorCPC.Fluida yang digunakan didalam pipa evaporator yaitu oli. Kolektor menerima radiasi Energi surya yang datang dipantulkan oleh reflektor ke pipa riser yang berisi fluida oli. Oli yang panas akan mengalir secara alami ke dalam evaporator yang terletak diatas kolektor. Panas dari oli diteruskan pada evaporator. Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida kerja pada pipa kecil bagian tengah evaporator yang dihubungkan ke pompa.
3.3 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:
1. Variasi bukaan kran yaitu 0º terbuka penuh, tertutup 15º, dan tertutup 30 º 2. Variasi ketinggian head yaitu 1 m, 1,50 m, dan 1,75 m
3. Variasi pendinginan yaitu udara dan air
Bukaan Kran penuh Bukaan Kran Sudut 15 º Bukaan kran Sudut 30 º Gambar 3.4 Variasi Bukaan Kran
18
Gambar 3.6 Variasi Pendinginan
3.4 Variabel yang Diukur
Untuk mengetahui kinerja pompa dan karateristik kolektor dilakukan pengukuran suhu dengan menempatkan termokopel pada bagian- bagianter tentu diantaranya variabel-variabel yang diukur yaitu temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3) temperatur udara sekitar (T4), temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi keluar kolektor (T6), temperatur evaporator pada pipa kecil (T7), temperatur kolektor masuk ke evaporator (T8), dan radiasi surya yang datang (G). Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan untuk mendapatkan radiasi surya yang datang (Gt), faktor efisiensi kolektor (F’),
efisiensi kolektor (η kolektor), debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa
(η pompa) serta daya spirtus (W spirtus)
Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada Pompa
20
3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data
Metode pengumpulan data yaitu cara-cara memperoleh data. Metode yang digunakan untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah – langkah pengambilan data pompa :
1. Alat diatur pada ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0º dengan pendingin udara.
2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem. 3. Memasang alat ukur yang digunakan. 4. Mengisi bahan bakar spirtus.
5. Mulai penyalaan pemanas evaporator.
6. Mencatat suhu T1, T2, T3, T4, t out dan volume air yang dihasilkan pompa.
7. Ulangi no 1 – 6 pada variasi yang selanjutnya.
Langkah – langkah pengambilan data kolektor : 1. Persiapan alat.
2. Mengisi fluida kerja kolektor dengan fluida kerja oli. 3. Pemanasan kolektor dibawah terik sinar matahari langsung.
4. Mencatat suhu T5, T6, T7, T8 dan radiasi surya yang datang pada rentang waktu tertentu (G ).
3.6 Analisa Data
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur sisi uap (T3), temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan (s) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan debit aliran (Q) untuk menghitung daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (ηpompa).
Karena untuk selanjutnya akan dikembangkan menggunakan kolektor cpc maka dilakukan penelitian pada kolektor.
Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian kolektor yaitu : temperatur pipa besar pada evaporator (T5), temperatur sisi masuk kolektor (T6), temperatur pipa kecil evaporator (T7), temperatur sisi keluar kolektor (T8),dan radiasi surya yang datang (G) untuk menghitung faktor efisiensi kolektor (F’), efisiensi
kolektor (η kolektor)
Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu vs daya pemompaan dan efisiensi pompa, waktu vs efisiensi kolektor dan faktor efisiensi kolektor.
3.7 Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Solar Meter
22
c. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir . d. Gelas Ukur
Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.
e. Ember
Ember digunakan untuk menampung air yang akan dihisap. Air didalam ember ini juga dijaga ketinggiannya agar sama dari waktu ke waktu dengan cara diisi secara terus menerus.
f. Thermo Logger
Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit.
g. Termokopel
23
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Pada pengambilan data penelitian ini memperoleh data pompa dan kolektor seperti
tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.23.
Tabel 4.1 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º
Waktu T1 T2 T3 T4
8/9/2009 20:25 66 65 43 25
8/9/2009 20:26 64 65 46 25
8/9/2009 20:27 64 64 49 25
8/9/2009 20:28 64 67 50 25
8/9/2009 20:29 68 60 43 24
8/9/2009 20:30 64 64 44 25
8/9/2009 20:31 67 67 49 25
Tabel 4.2 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran 0 º (terbuka penuh)
Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°
Waktu T1 T2 T3 T4
8/9/2009 20:40 68 66 44 24
8/9/2009 20:41 61 62 42 24
8/9/2009 20:42 64 67 46 24
8/9/2009 20:43 67 68 49 24
8/9/2009 20:44 67 69 50 25
8/9/2009 20:45 68 68 50 24
Waktu T1 T2 T3 T4
8/9/2009 20:32 59 62 43 25
8/9/2009 20:33 67 66 45 25
8/9/2009 20:34 68 67 49 25
8/9/2009 20:35 67 70 51 24
8/9/2009 20:36 69 68 50 25
24
Tabel 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°
Waktu T1 T2 T3 T4 8/9/2009 20:46 67 65 44 25 8/9/2009 20:47 67 67 48 25 8/9/2009 20:48 67 68 49 25 8/9/2009 20:49 70 67 48 25 8/9/2009 20:50 68 69 50 25 8/9/2009 20:51 70 67 48 24
Tabel 4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
Waktu T1 T2 T3 T4 8/9/2009 20:52 61 61 43 24 8/9/2009 20:53 67 66 48 24 8/9/2009 20:54 69 67 48 25 8/9/2009 20:55 69 69 48 24 8/9/2009 20:56 68 69 50 25 8/9/2009 20:57 73 68 46 25
Tabel 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
Waktu T1 T2 T3 T4 8/9/2009 20:59 62 64 43 24 8/9/2009 21:00 65 67 48 25 8/9/2009 21:01 68 68 48 25 8/9/2009 21:02 69 68 46 25 8/9/2009 21:03 69 68 46 24 8/9/2009 21:04 72 72 50 24
Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
Waktu T1 T2 T3 T4 8/9/2009 20:25 66 65 43 25 8/9/2009 20:26 64 65 46 25 8/9/2009 20:27 64 64 49 25 8/9/2009 20:28 64 67 50 25 8/9/2009 20:29 68 60 43 24 8/9/2009 20:30 64 64 44 25 8/9/2009 20:31 67 67 49 25
Tabel 4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m
Tabel 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m
26
Tabel 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m
Waktu T1 T2 T3 T4 8/10/2009 12:44 61 64 41 24 8/10/2009 12:45 66 67 43 24 8/10/2009 12:46 67 67 43 24 8/10/2009 12:47 67 67 44 25 8/10/2009 12:48 68 67 43 24
Tabel 4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
Waktu T1 T2 T3 T4 8/10/2009 12:53 49 50 34 24 8/10/2009 12:54 48 53 43 24 8/10/2009 12:55 62 67 42 24 8/10/2009 12:56 67 67 43 25 8/10/2009 12:57 66 69 45 25 8/10/2009 12:58 67 69 44 24
Tabel 4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
Waktu T1 T2 T3 T4 8/10/2009 13:29 68 69 45 25 8/10/2009 13:30 60 65 42 24 8/10/2009 13:31 65 67 43 24 8/10/2009 13:32 67 67 43 24 8/10/2009 13:33 67 68 44 24
Tabel 4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
Waktu T1 T2 T3 T4 8/9/2009 20:25 66 65 43 25 8/9/2009 20:26 64 65 46 25 8/9/2009 20:27 64 64 49 25 8/9/2009 20:28 64 67 50 25 8/9/2009 20:29 68 60 43 24 8/9/2009 20:30 64 64 44 25 8/9/2009 20:31 67 67 49 25
Tabel 4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara
Tabel 4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air
28
Tabel 4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air
Waktu T1 T2 T3 T4 8/10/2009 17:50 40 65 81 56 8/10/2009 17:51 40 69 84 56 8/10/2009 17:52 42 73 115 59 8/10/2009 17:53 43 75 136 59 8/10/2009 17:54 43 96 131 56 8/10/2009 17:55 44 78 141 57 8/10/2009 17:56 44 76 149 57
Tabel 4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran
Data Head Bukaan Vol Waktu V out (m) kran Spirtus (ml) (menit) (mililiter)
I 1.75 Terbuka 0º 25 5.00 1900
II 1.75 Terbuka 0º 25 5.06 2310
I 1.75 Tertutup 15º 25 4.19 1900
II 1.75 Tertutup 15º 25 4.35 1530
I 1.75 Tertutup 30º 25 3.40 1750
II 1.75 Tertutup 30º 25 3.59 1900
Tabel 4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head
Data Head Vol Waktu V out (m) Spirtus (ml) t (menit) (ml)
I 1.75 25 5.00 1900
Tabel 4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin
Data Head Bukaan Jenis Vol Waktu V out (m) kran pendingin Spirtus (ml) (menit) (mililiter)
I 1.75 Terbuka 0º udara 25 5.00 1900
II 1.75 Terbuka 0º udara 25 5.06 2310
I 1.75 Terbuka 0º air 25 6.56 1600
II 1.75 Terbuka 0º air 25 6.00 1500
Tabel 4.20 Data I Temperatur Penelitian KolektorCPC
Waktu G Surya T5 T6 T7 T7
Tabel 4.21 Data II Temperatur Penelitian KolektorCPC
Waktu G Surya T5 T6 T7 T7 (w/m²)
10:10 865 42 32 43 50
10:20 804 45 32 51 57
30
Tabel 4.21 ( lanjutan )
Waktu G Surya T5 T6 T7 T7
Tabel 4.22 Data III Temperatur Penelitian KolektorCPC
Waktu G Surya T5 T6 T7 T7
Tabel 4.22 ( lanjutan )
Tabel 4.23 Data IV Temperatur Penelitian KolektorCPC
32
Tabel 4.23 ( lanjutan )
Waktu G Surya T5 T6 T7 T7
Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.17 pada percobaan I, variasi bukaan kran terbuka penuh :
Perhitungan nilai Q ( debit )
Diketahui besarnya volume keluaran sebesar 2310 ml , dan waktu yang diperlukan selama 306 detik,sehingga debit yang dihasilkan :
Q =
= 0,453liter / menit
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:
Wp 1000 .9,8.0,0000075 m3/s .1,75 m = 0.129 Watt
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
W spirtus
Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan : η pompa =
226Watt 0,129
x100
= 0.41 %
Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut : Tabel 4.24 Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head
Data Head Debit Daya pompa η (m) Q (liter/menit) Wp(watt) Pompa (%)
I 1,75 0.380 0.109 0.041
II 1,75 0.453 0.129 0.049
I 1,5 0.417 0.102 0.038
II 1,5 0.452 0.111 0.042
I 1 0.539 0.088 0.033
34
Tabel 4.25 Perhitungan Pompa Variasi Bukaan Kran
Data Head Bukaan Debit Daya pompa η (m) kran Q (liter/menit) Wp(watt) Pompa(%)
I 1,75 Terbuka ful 0.0000063 0.109 0.139
II 1,75 Terbuka ful 0.0000075 0.129 0.165
I 1,75 Tertutup 15º 0.0000073 0.126 0.161
II 1,75 Tertutup 15º 0.0000056 0.095 0.122
I 1,75 Tertutup 30º 0.0000080 0.136 0.174
II 1,75 Tertutup 30º 0.0000079 0.136 0.174
Tabel 4.26 Perhitungan Pompa Variasi Jenis Pendingin
Data Head Bukaan Debit Daya pompa η (m) kran Q (liter/menit) Wp(watt) Pompa(%)
I 1,75 Terbuka ful 0.0000063 0.109 0.139
II 1,75 Terbuka ful 0.0000075 0.129 0.165
I 1,75 Terbuka ful 0.0000038 0.066 0.084
II 1,75 Terbuka ful 0.0000038 0.064 0.082
4.2.2 Perhitungan Kolektor
Berikut ini adalah contoh perhitungan faktor efisiensi kolektor Tabel 4.21 Data pengujian I kolektorCPC
Massa oli evaporator ( ms =mf)= 0,911 kg Panas jenis oli (cs) = 2300 J/kg0C
Temperatur oli pada evaporator ( Ts)= 350C
Waku pemanasan oli (s) = 600 detik
Luasan kolektor (Ac) = 1,265 m2
Transfusifitas kaca (τ.α)= 0,8
Radiasi surya yang datang (GT) = 224,5 W/m2 Faktor koefisien panas dikolektor (UL)= 8 W/(m2K) Temperatur rata-rata oli masuk dan keluar (Ts2) = 36°C
Suhu lingkungan (Ta)= 30°C Sehingga F’ yang dihasilkan :
Perhitungan efisiensi kolektor :
Berikut ini adalah contoh pada pengambilan data percobaan kolektor I Tabel 4.1 dimana massa oli evaporator 0,329 kg, panas jenis oli 2300 J/kg0C, waku pemanasan oli 300 detik, radiasi surya yang datang 801 W/m2, luasan kolektor 0,625 m2, sehinggaη kolektor yang dihasilkan :
η kolektor
*) nilai faktor efisiensi maksimum adalah 1 dan minimum adalah 0, efisiensi yang bernilai negatf tidak digunakan (diabaikan). Hal ini disebab kan G surya yang datang tidak konstan (selalu ber ubah-ubah) dan pengisolasian yang kurang baik. Sehingga bisa dilihat pada table penelitian diberi warna hitam.
Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut : Tabel 4.27 Perhitungan Data I Pada Penelitian KolektorCPC
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
0 36,50 0,00 52 0 0
-3,492 36,00 179,60 48 -0,019 -1,230
-3,492 35,00 417,60 40 -0,007 -0,529
2,328 36,00 696,40 48 0,003 0,211
3,929 40,50 687,20 84 0,005 0,362
3,841 44,00 494,40 112 0,007 0,491
-1,455 44,00 278,80 112 -0,006 -0,330
36
Tabel 4.27 ( lanjutan )
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
0 44,5 556 116 0 0
-0,582 44,5 412 116 -0,001 -0,089
-0,698 40 396 80 -0,002 -0,112
1,111 44,5 669,2 116 0,002 0,105
-0,146 47,5 382 140 0 -0,024
0,537 43 366 104 0,001 0,093
1,247 47,5 604 140 0,002 0,131
-1,979 44 326,4 112 -0,007 -0,383
-0,873 41,5 52,8 92 0,035 -1,046
Tabel 4.28 Perhitungan Data II Pada Penelitian KolektorCPC
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
0 42,50 0 100 0 0
24,445 48,00 667,60 144 0,035 2,316
5,238 49,00 669,60 152 0,008 0,495
2,328 50,00 438,00 160 0,006 0,336
-2,619 49,00 431,20 152 -0,007 -0,384
-2,095 47,00 683,20 136 -0,003 -0,194
2,910 48,00 660,80 144 0,004 0,279
-1,497 49,50 598,40 156 -0,002 -0,158
2,183 50,50 581,20 164 0,004 0,237
1,552 50,50 643,20 164 0,002 0,153
-1,746 50,00 376,80 160 -0,006 -0,293
-4,127 43,00 269,20 104 -0,017 -0,970
-1,164 41,50 284,80 92 -0,004 -0,258
0,582 42,00 110,40 96 0,013 0,333
-0,873 42,00 98,40 96 -0,031 -0,561
-1,163 36,50 139,20 52 -0,009 -0,528
-0,291 38,00 422,00 64 -0,001 -0,044
1,744 39,50 362,00 76 0,005 0,305
-1,453 36,50 85,20 52 -0,026 -1,078
-1,452 37,00 302,80 56 -0,004 -0,303
2,613 40,00 586,00 80 0,004 0,282
Tabel 4.28 ( lanjutan )
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
-0,29 41,5 412,8 92 -0,001 -0,044
-1,741 37 144,8 56 -0,014 -0,76
-0,29 35 114 40 -0,003 -0,161
-0,87 36 324,8 48 -0,002 -0,169
Tabel 4.29 Perhitungan Data III Pada Penelitian KolektorCPC
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η (%)
0 34,00 0 32 0 0
230,483 35,00 437,20 40 0,449 2,021
122,226 33,50 413,20 28 0,247 -0,534
79,156 35,50 421,60 44 0,162 0,349
61,113 40,50 657,20 84 0,082 0,840
55,875 42,00 583,20 96 0,087 0,076
47,144 43,50 420,40 108 0,111 0,438
42,904 43,50 401,60 108 0,107 0,079
37,977 41,50 642,40 92 0,053 -0,086
32,982 40,50 724,80 84 0,040 -0,271
26,890 39,00 680,00 72 0,034 0,130
25,715 43,00 656,00 104 0,035 0,214
25,609 42,50 699,20 100 0,033 -0,132
24,147 39,00 665,20 72 0,031 0,028
24,432 40,00 373,20 80 0,062 0,000
24,425 39,50 88,40 76 0,682 -1,040
22,965 36,00 238,00 48 0,091 -0,154
22,377 47,00 256,80 136 0,118 0,143
22,952 39,00 179,20 72 0,148 0,410
24,107 39,00 181,20 72 0,153 -0,405
22,939 36,00 66,00 48 0,646 1,391
24,384 35,50 99,20 44 0,299 -0,185
24,087 35,00 95,20 40 0,299 0,193
24,371 33,00 50,40 24 0,613 -6,917
38
Tabel 4.30 Perhitungan Data IV Pada Penelitian KolektorCPC
ms.Cs(dTs/dθ) Ts2 G(τ.α) UL(Ts2-Ta) F' η(%)
0 38,00 0 64 0 0
254,928 44,00 277,60 112 1,066 9,547
148,417 49,00 588,00 152 0,251 1,878
110,585 52,50 744,40 180 0,145 0,297
85,558 49,50 748,00 156 0,108 0,591
74,034 52,50 431,20 180 0,203 -0,410
59,367 49,50 115,20 156 -5,779 -2,876
46,396 42,00 435,60 96 0,102 -0,579
37,104 41,50 747,60 92 0,043 0,037
33,370 43,00 427,60 104 0,076 -0,057
29,683 40,50 442,40 84 0,062 0,250
28,572 47,00 428,00 136 0,070 0,375
28,519 48,00 90,00 144 -0,946 -1,636
26,184 41,50 455,60 92 0,054 -0,283
24,141 44,00 546,80 112 0,042 0,034
24,425 45,50 452,00 124 0,055 0,244
26,162 48,50 570,00 148 0,046 0,129
27,317 52,00 570,00 176 0,050 0,161
28,762 51,50 343,20 172 0,110 -0,214
27,593 44,50 364,80 116 0,080 -0,604
24,101 42,50 632,40 100 0,034 -0,145
22,642 47,50 631,20 140 0,034 0,233
24,958 50,50 649,20 164 0,038 0,198
26,982 45,50 594,80 124 0,043 0,031
27,264 39,50 610,40 76 0,039 -0,631
4.3. Grafik dan Pembahasan Pompa
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Debit (l/menit)
40
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa
Gambar 4.4 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran penuh dan Pendingin Udara
Gambar 4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,50 m Bukaan Kran penuh dan Pendingin Udara
42
Gambar 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Bukaan Kran 15º Head 1,75 m dan Pendingin Udara
Gambar 4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Bukaan Kran 30º Head 1,75 m dan Pendingin Udara
Gambar 4.9 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Pendingin Air Bukaan Kran penuh dan Head 1,75 m
Pembahasan :
Dalam Gambar 4.1 terlihat bahwa debit maksimum terdapat pada variasi head 1m dengan bukaan kran penuh dan pendingin udara. Ini dikarenakan pompa bekerja secara ringan tidak membutuhkan tekanan tinggi karena tidak ada beban pendinginan dan tinggi head keluar. Sehingga durasi memompa lebih singkat dan cepat serta memompa dengan terus menerus (continue).
44
Dalam Gambar 4.3 terlihat bahwa efisiensi pompa maksimum adalah 0,051 % terdapat pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 30º atau terbuka penuh dan variasi jenis pendinginan dengan udara, selisih penurunan efisiensi yang terjadi pada tiap variasi berbeda – beda , ada yang mempunyai selisih kecil dan ada pula yang mengalami penurunan efisiensi yang cukup besar. Penurunan efesiensi terbesar bisas dilihat dari grafik 4.3 efisiensi paling rendah sebesar 0,022 % pada variasi pendingin air.
Dalam Gambar 4.4 menunjukkan bahwa temperatur T1, T2, T3 pada pada saat pengambilan data kenaikan shu tidak setabil di karenakan saat evaporator kosong maka suhu akan naik sedang saat evaporator terisi suhu akan turun. Dengan T1 maksimum 70 ºC T2 maksimum 70 ºC dan T3 maksimum 51 ºC, begitu pula suhu lingkungan yang merata dari awal hingga akhir pengambilan data. Hubungan kenaikan temperatur antara T1, T2, dan T3 seiring terhadap waktunya.
Dalam Gambar 4.5 menunjukkan bahwa temperatur T1, T2, T3 pada pada saat pengambilan data mengalami kenaikan yang stabil dari waktu ke waktu hal ini dikarenakan pemanasan pada evaporator yang stabil dengan T1 maksimum 57 ºC T2 maksimum 59 ºC dan T3 maksimum 52 ºC, begitu pula suhu lingkungan yang merata dari awal hingga akhir pengambilan data. Temperatur dari T1, T2 dan T3 saling berkaitan satu sama lain, apabila salah satu mengalami kenaikan atau penurunan maka temperatur sisi yang lain akan mengalami kenaikan atau penurunan pula, kecuali pada T4 ( temperatur lingkungan ).
Dalam Gambar 4.6 penurunan suhu pada T1,T2 Dan T3, hal ini dikarenakan terjadi proses pemompaan pada kondisi evaporator kosong dan tidak ada fluida
yang di panasi. Sedangkan suhu lingkungan T4 mengalami penurunan suhu karena turunya suhu lingkungan sekitar sampai menit ke 2-3. Dapat dilihat dari menit pertama hingga ketiga terjadi penurunan suhu dikarenakan penurunan head dari 150-100cm yang tidak membutuhkan tekanan besar untuk menaikan fluida sehingga dengan suhu bekisar 65-67 sudah terjadi pemmompaan.
Dalam Gambar 4.7 menunjukkan bahwa temperatur T1, T2, T3 pada pada saat pengambilan data mengalami kenaikan dan penurunan suhu yang bersaman, begitu pula suhu lingkungan yang merata dari awal hingga akhir pengambilan data. Temperatur T2 dari waktu ke waktu lebih tinggi dari pada T1 dan T3 karena posisi termokopelnya terletak paling dekat dengan posisi pemanas dibandingkan dengan yang lain.
Dalam Gambar 4.8 menunjukkan bahwa temperatur T1, T2, T3 pada pada saat pengambilan data mengalami kenaikan dan penurunan yang tidak setabil dikarenakan terjadi proses pemompaan secara continue yang stabil dari waktu ke waktu Sehingga terjadi proses penurunan suhu saat fluida kerja masuk evaporator dan kenaikan suhu saat benda kerja keluar evaporator.
46
4.4. Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC
Gambar 4.10 Grafik Hubungan t (menit) vsEfisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data I Kolektor CPC
Gambar 4.11 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data II Kolektor CPC
Gambar 4.12 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor ) dan F’ Pada Data III Kolektor CPC
48
Gambar 4.14 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I KolektorCPC
0
Gambar 4.16 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III KolektorCPC
50
Pembahasan :
Dalam Gambar 4.10 terlihat bahwa hubungan antara waktu dengan efisiensi kolektor maksimum sebesar 4,91 % pada menit ke 50 tetapi perbandingan antara waktu terhadap faktor efisiensi kolektor F’ mempunyai nilai yang sangat rendah yaitu sebesar 0,075, hal ini disebabkan semakin besar nilai G maka faktor efisiensinya semakin kecil karena nilai G menjadi pembagi dalam perhitungan faktor efisiensi kolektor F’.
Dalam Gambar 4.11 terlihat bahwa hubungan nilai t terhadap η kolektor maksimum mencapai 2,315 % dan faktor efisiensi maksimum sebesar 0,053 dalam waktu pemanasan 10 menit, dalam hubungan waktu terhadap faktor efisiensi dalam pengambilan data selama 60 menit kenaikan dan penurunan.tetapi nilai G pada saat itu dari beberapa waktu mengalami kenaikan dan penurunan yang tak tentu yang akan mempengaruhi dari nilai η pula, F’ terendah hanya mencapai 0,004 dalam waktu
pemanasan 60 menit.
Dalam Gambar 4.12 terlihat bahwa nilai efisiensi maksimum 10,226 % dan nilai efisiensi minimum 0,333 % sedangkan nilai faktor efisiensi maxsimum F’ 0,681 dan minimum hanya mencapai 0,033 sehingga dapat dikatakan bahwa nilai F’ tidak maksimal begitu pula nilai efisiensinya, dari waktu ke waktu. Hal ini disebabkan oleh nilai radiasi surya yang datang yang berpengaruh besar pada nilai F’ dan efisiensi kolektor pula.
Dalam Gambar 4.13 terlihat faktor efisiensinya yang mengalami kenaikan dan penurunan tak tentu nilainya dari waktu ke waktu. Terlihat bahwa pada energi surya yang datang pada saat pengambilan data mempunyai nilai yang kecil maka nilai dari
faktor efisiensinya besar. Sedangkan antara energi surya yang datang dengan faktor efisiensi memiliki hubungan seperti yang ada pada persamaan 5. Dimana faktor yang sangat mempengaruhi terhadap nilai F’ dalam perhitungan yaitu besar dTs yang dihitung menurut nilai Ts karena variabel – variabel yang lain pada pembilang. Pada pengujian didapatkan nilai dTs yang besar dengan nilai energi surya yang datang yang semakin besar nilainya maka didapatkan besar faktor efisiensi yang semakin turun nilainya dari waktu ke waktu.
Dalam Gambar 4.14 menunjukkan bahwa temperatur kolektor maksimum T1 mencapai 46 ºC, T2 mencapai 46 ºC, T3 mencapai 61 ºC dan T4 mencapai 32 ºC, temperatur pada kolektor mengalami kenaikan dan penurunan yang tak tentu hal ini di sebabkan oleh radiasi surya yang datang berbeda – beda pada saat pengambilan data dari awal himgga akhir. Kenaikan temperatur terlihat stabil pada menit ke 7 sampai akhir pengambilan data.
Dalam Gambar 4.15 menunjukkan bahwa temperatur kolektor maksimum T1 mencapai 58 ºC, T2 mencapai 45 ºC, T3 mencapai 40 ºC dan T4 mencapai 58 ºC, temperatur pada kolektor mengalami kenaikan dan penurunan yang tak tentu hal ini di sebabkan oleh radiasi surya yang datang berbeda – beda pada saat pengambilan data dari awal himgga akhir.
52
pada saat awal pengambilan data tetapi mulai mengalami kenaikan temperatur dari menit ke 7 sampai akhin pengambilan data percobaan.
Dalam Gambar 4.17 menunjukkan bahwa temperatur kolektor maksimum T1 mencapai 54 ºC, T2 mencapai 45 ºC, T3 mencapai 43 ºC dan T4 mencapai 54 ºC, temperatur pada kolektor mengalami kenaikan dan penurunan yang tak tentu hal ini di sebabkan oleh radiasi surya yang datang berbeda – beda pada saat pengambilan data dari awal himgga akhir. Temperatur kolektor tertinggi dicapai pada temperatur T4 karena terletak pada saluran keluar kolektor yang menuju ke evaporator.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt pada ketinggian head
1,75 m dan variasi bukaan kran 30ºC dengan menggunakan pendingin
udara.
2. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.060 % pada ketinggian head
1,75 m dan variasi bukaan kran 30ºC dengan menggunakan pendingin
udara.
3. Debit (Q) maksimum 0,697 (liter/menit) pada ketinggian head 1,75,
dan variasi bukaan kran terbuka penuh dengan menggunakan
pendinginan udara pendingin udara.
4. Faktor efisiensi kolekor (F’) maksimum 1,066 pada data IV penelitian
KolektorCPC
5. Efisiensi kolektor (ηkolektor) maksimum 9,547 % pada data penelitian
ke IV kolektorCPC
6. Suhu T7 maksimum pada pipa kecil evaporator 59 ºC pada penelitian.
54
5.2 Saran
1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak
mempengaruhi kerja sistem karena sistem harus dalam kondisi vakum.
2. Pada saat pengambilan data usahakan api menyala dengan konstan
memanasi seluruh evaporator, karna akn mempengaruhi kerja pompa.
3. Karena T7 pada pipa kecil evaporator maksimum 59 ºC oleh karena
itu kolektor perlu disempurnakan yaitu dengan memperbesar luasan
kolektor atau mengganti dengan jenis fluida yang mudah menguap
atau memiliki nilai Cp rendah.
4. Saat pengisolasian pada kolektor diusahakan serapat mungkin dan
sebaik mungkin agar panas dapat tersimpan dengan baik.
5. Dalam pengambilan data pada kolektor surya usahakan pada kondisi
cuaca yang mendukung.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Prof.Wiranto, Teknologi Rekayasa Surya, Material Penyimpan Panas
(Bab 4), Cetakan Pertama, 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
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.
Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a
solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5,
Gambar 1. Thermo logger Gambar 2. Kran pengatur osilasi
Gambar 5. Gelas ukur Gambar 6. Kran pengisi evaporator
Gambar 9. Solar meter Gambar 10. Kolektor CPC
Gambar 13.Pompa jet pils Gambar 14. Evaporator
