POMPA AIR PULSE JET ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR MIRING Tugas akhir - Pompa air pulse jet energi termal dengan evaporator miring - USD Repository

(1)

i

DENGAN EVAPORATOR MIRING Tugas akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

NASIUS SARTONO NIM : 065214032

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

THERMAL ENERGY PULSE JET WATER PUMP WITH SLOPING EVAPORATOR

Final project

Presented as partitial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by

NASIUS SARTONO NIM : 065214032

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

v

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam tugas “ Tugas Akhir” ini tidak

terdapat karya yang pernah diajukan dan dibuat di perguruan tinggi manapun kecuali

kami mengambil atau mengutip data dari buku yang tertera pada daftar pustaka. Dan

sepengetahuan kami juga tidak terdapat karya tulis yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain. Sehingga karya tulis yang kami buat ini adalah asli karya

tim penulis.

Yogyakarta 27 Juli 210

(6)

vi

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya Mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

NAMA : NASIUS SARTONO

NIM : 065214032

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

POMPA AIR PULSE JET ENERGI TERMAL DENGAN EVAPORATOR MIRING

beserta 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 royalti kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai

penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yang menyatakan,

(7)

vii

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih

dan karunia yang telah diberikan, 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 Pulse

Jet Energi Termal Dengan Evaporator Miring ” ini karena adanya bantuan dan

kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Ir. FA Rusdi Sambada, M.T. Selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang

telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Ir. YB. Lukiyanto, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma.

6. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah

memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang diperlukan dalam

(9)

ix

7. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna,

maka penulis terbuka untuk menerima keritik 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.

(10)

x DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xviii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.l Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

(11)

xi

2.1 Penelitian Yang Pernah Dialakukan ... 4

2.2 Dasar Teori ... 6

BAB III. METODE PENELITIAN ... 12

3.1 Deskripsi Alat ... 12

3.2 Prinsip Kerja Alat ... 14

3.3 Variabel Yang Divariasikan ... 15

3.4 Variabel Yang Diukur ... 17

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 18

3.6 Analisa Data ... 18

3.7 Peralatan Pendukung ... 19

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 20

4.1 Data Penelitian ... 20

4.2 Perhitungan ... 34

4.2.1. Perhitungan Pompa ... 34

(12)

xii

BAB V. PENUTUP ... 55

5.1Kesimpulan ... 55

5.2Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 57

LAMPIRAN

(13)

xiii

4.1 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.2 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.3 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,

head:2 m, diameter selang osilasi: 3/inci... 4.4 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

Head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.5 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.6 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.7 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,

head: 2 m diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.8 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.10 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m,

(14)

xiv

4.11 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.12 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.13 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.14 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.15 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 2 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.16 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.17 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.18 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 3 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 3/8 inci... 4.19 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,

head: 2 m diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.20 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt,

(15)

xv

head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.23 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.24 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.25 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.26 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,

head: 2 m, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.28 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:

1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.29 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.30 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.31 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas:

1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.32 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas:

(16)

xvi

4.33 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:2 m, pemanas: 1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.34 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.35 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:

1470 watt, diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.36 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:3 m, pemanas:

1470 watt diameter selang osilasi: 1/2 inci... 4.37 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

3_/

8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m... 4.38 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

3_/

8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m... 4.39 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

3

/8 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m... 4.40 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

1

/2 inci, pemanas: 1470 watt, head:... 4.41 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

1

/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m... 4.42 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

1

/2 inci, pemanas: 1470 watt, head: 2 m... 4.43 Data perhitungan daya spritus...

4.44 Perhitungan pompa variasi api dengan diameter selang osilasi: ⅜ inci

(17)

xvii

head: 2 m...

4.46 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ⅜ inci

pemanas 1470 watt... 4.47 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ½ inci

pemanas 1470 wat... 4.48 Perhitungan pompa dengan variasi diameter selang osilasi, dengan head: 2m pemanas 1470 watt...

37

38

(18)

xviii

DAFTAR GAMBAR

2.1. Gambar pompa air energi termal jenis pulsajet air ... 6

2.2. Gambar pompa air energi termal jenis fluidyn pump ... 7

3.5 Gambar variasi diameter selang osilasi... 16

3.6 Gambar posisi termokopel pada pompa... 17

4.1 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan daya pompa, pada head: 2m, pemanas: 1470 watt... 39

(19)

xix

4.4 Grafik hubungan pemanas dengan efisiensi pompa pada head: 2 m…... 41

4.5 Grafik hubungan head dengan daya pompa pada pemanas: 1470 watt.... 42

4.6 Grafik hubungan head dengan efisiensi pompa pada pemanas:

1470 watt....……….. 43

4.7 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1470 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci………... 4.8 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas:

1102.5 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci…………... 4.9 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 735

watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci... 4.10 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi variasi pemanas: 1470 watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci... 4.11 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,

pemanas: 1102.5 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci……….

4.12 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m, pemanas: 735 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci... 4.13 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ in………... 4.14 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,

(20)

xx

4.15 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m, pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci…………..….. 4.16 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci…...

4.17 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 2 m,

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci. ………....

4.18 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 3 m,

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci. ………

4.19 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur

bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m………...

4.20 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur

bagian bawah evaporator), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m………...

4.21 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ½ inci, head 2 m………. 4.22 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur

(21)

1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok manusia bahkan semua makhluk hidup

membutuhkannya, dalam pemanfaatannya selalu dibutuhkan energi untuk

memindahkan dari suatu tempat ketempat lain baik dengan energi manusia ataupun

energi listrik seperti pompa dengan energi listrik atau jenis pompa yang

menggunakan sumber energi minyak bumi yang dapat meringankan kerja manusia,

tetapi semua itu memiliki dampak yaitu pembakaran dari sumber energi selalu

menimbulkan polusi udara dan pencemaran lingkungan yang dapat menimbulkan

global warming, oleh sebab itu energi terbarukan yang ramah lingkungan menjadi

alternatif penting dalam mengatasi masalah tersebut. Selain itu belum semua daerah

di Indonesia dapat menikmati jaringan listrik dan penggunaan energi listrik

menyebabkan biaya penyediaan air menjadi lebih mahal, sehingga mengurangi

kemampuan masyarakat dalam memenuhi kebutuhan hidup yang lain.

Sumber energi terbesar di dunia adalah energi matahari selain ramah

lungkungan energi ini juga selalu tersedia sepanjang masa, selain energi matahari

sumber energi lain di dunia adalah angin dan air. Sumber energi ini belum

dimanfaatkan secara optimal dalam pengembangan teknologi khususnya teknologi

(22)

2

Pada kesempatan ini penulis mengadakan penelitian pompa energi termal

jenis water pulse jet dengan kemiringan evaporator 40o, hal ini dimaksudkan untuk

pengembangan lebih lanjut dengan menggunakan energi surya. Dalam memanfaatkan

energi surya tersebut bisa menggunakan kolektor plat parabolik jenis tabung sehingga

mempunyai peluang dimanfaatkan dalam masyarakat untuk diaplikasikan sebagai

teknologi sederhana dan tepat guna.

1.2. Perumusan Masalah

Pada penelitian ini membuat model pompa air energi termal dengan kemiringan

evaporator 400, ketinggian head ( 1 m, 2 m, dan 3 m ), diameter selang osilasi ( ⅜ inci dan 1/2 inci ), daya pemanas 735 watt, 1102.5 watt, dan 1470 watt, mengetahui debit

(Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η pompa). waktu pemompaan (t out) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V).

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian adalah:

Mengetahui kinerja pompa air energi termal jenis pulsa jet air (Water Pulse

Jet) dengan posisi kemiringan evaporator 40o, dengan menghitung debit (Q),

(23)

Adapun manfaat dari penelitian adalah:

1. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

2. Menambah pengetahuan tentang pompa air energi termal.

3. Dapat dikembangkan menjadi pompa air energi surya.

(24)

4

BAB II DASAR TEORI

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

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 ether memperlihatkan bahwa efisiensi pompa

dengan ethyl ether 17% lebih tinggi dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m

(Wong, 2000).

Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi 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,

(25)

Pemodelan pompa air energi surya dengan kolektor pelat datar, dari gerafik data

diketahui suhu tertinggi mencapai 60 0C dengan demikian diperlukan fluida kerja

yang memiliki titik didih dibawah 60 0C, unjuk kerja wash benzene yang titik

didihnya 40 0C bisa deterapkan sebagai fluida kerja ( Triyono setiyo nugroho, V.

Erwan widyarto. W, Bima tambara putra, 2009 )

Pompa air energi termal dengan evaporator 26 cc dan pemanas 78 watt,

menunjukkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.119 watt pada variasi

ketinggian head 1,75 m, bukaankran 0 ºC dan pendingin udara, efisiensi pompa

(ηpompa) maksimum 0,152 % padavariasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara, debit (Q) maksimum 0,417 (liter/menit) pada variasi ketinggian

head 1,75, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara (Widagdo, 2009).

Pompa air energi termal dengan evaporator 44 cc dan pemanas 78 watt, dari

data yang diperoleh menunjukkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt

pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara, efisiensi

pompa (ηpompa) maksimum 0,213 % pada variasi ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara, debit (Q) maksimum 0,376 (liter/menit) pada variasi

ketinggian head 1,75, bukaan kran 0 ºC dan pendingin udara (Triyono Setiyo

Nugroho, 2009).

(26)

6

2.2.Dasar Teori

Ada berbagai jenis Pompa air energi termal diantaranya adalah pompa air energi

termal dengan jenis pulsa jet air (water pulse 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 pulse jet) dengan

menggunakan fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal

yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

Untuk jenis-jenis pompa air dapat dilihat pada gambar berikut ini:

(27)

Keterangan :

Gambar 2.2 Pompa air energi termal jenis fluidyn pump

Keterangan :

(28)

8

Keterangan :

1. Tuning pipe

2. Kran osilasi

3. Gelas ukur

4. Tangki hisap

5. Katup hisap satu arah

6. Katup buang satu arah

7. Selang keluaran

8. _vaporator

9. _Pendingin

10. Kran pengisi fluida

11. Rangka

Gambar 2.4 Pompa air energi termal jenis water pulse jet.

(29)

Gambar 2.6 Pharaoh pump saat siklus hisap.

(30)

10

Debit pemompaan yaitu jumlah volume air yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik)

dapat dihitung dengan persamaan:

t : waktu yang diperlukan (detik)

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:

H

Daya spirtus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

(31)

dengan :

mair : massa air (kg)

Cp : panas jenis air (J/K)

∆ T : kenaikan temperatur (o C)

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)

Wspritus : daya spirtus (watt)

Wspritus

W_P

pompa =

(32)

12

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Deskripsi Alat

Pompa termal yang digunakan dalam penelitian ini adalah pompa air jenis pulsa

jet (water pulse jet pump), dengan kemiringan evaporator 40o. Berikut ini adalah

gambar skema alat penelitian.

Pompa termal

(33)

Keterangan pompa :

1. Selang osilasi 1/2 inci 8. Katup buang satu arah

2. Selang osilasi 3/8 inci 9. Katup hisap satu arah

3. Kran osilasi 10. Tangki hisap

4. Rangka 11. Tutup saluran udara

5. Corong air keluaran 12. Kaleng spirtus

6. Gelas ukur 13. Evaporator

7. Selang air keluaran

Evaporator

Bahan : pipa tembaga.

Diameter : 3/8 inci.

(34)

14

Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:

1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian yang

dipanasi.

2. Pemanas / pembakar yang terbuat dari kaleng sebagai tempat bahan bakar

spirtus.

3. Rangkaian katup yang terdiri dari dua buah katup yaitu katup hisap dan

katup buang.

4. Pipa osilasi atau tuning pipe.

3.1 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

(35)

dua katup satu arah masing-masing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah hisap atau tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

3.2 Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu:

1. Variasi pemanas ( 735 watt, 1102.5 watt dan 1470 watt )

2. Variasi ketinggian head ( 1 ; 2 dan 3 m ).

3. Variasi diameter selang osilasi ( 3/8 dan 1/2 inci ).

Berikut ini adalah skema gambar variabel yang divariasikan :

(36)

16

Gambar 3.4 Variasi head

(37)

Variabel yang Diukur

Variabel-variabel yang diukur antara lain :

- Temperatur evaporator sisi uap (T1) ,

- Temperatur evaporator sisi bagian bawah (T2) ,

- Temperatur air keluaran (T3) ,

Untuk selanjutnya dari variabel-variabel tersebut dilakukan perhitungan

untuk mendapatkan debit (Q), daya pompa (Wp) dan efisiensi pompa (η

pompa) serta daya spirtus._(W_spirtus).

(38)

18

3.3 Metode dan Langkah Pengambilan Data

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. Alat diatur pada ketinggian head 1; 2 dan 3 m.

2. Mengatur penggantian diameter selang osilasi yang akan dipakai.

3. Mengatur penggantian jumlah volume spirtus._{( 2 ; 3 dan 4 volume}

spritus, masing-masing 50 cc ).

4. Mengisi fluida kerja pada evaporator dan sistem.

5. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan.

6. Mengisi bahan bakar spirtus.

7. Mulai menyalakan bagian pemanas evaporator.

8. Mencatat suhu T1, T2, T3, waktu, serta volume air yang dihasilkan pompa

9. Ulangi no 1 – 8 pada pengujian selanjutnya.

3.4 Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur sisi uap (T1), temperatur sisi dibawah evaporator (T2), temperatur air keluar dari pompa (T3), volume output air (V) dan waktu pemompaan (t) untuk menghitung debit aliran air (Q) pada variasi tertentu. Tinggi head (H) dan hasil perhitungan

(39)

Peralatan Pendukung

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir.

b. Gelas Ukur

Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.

c. 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.

d. Thermo Logger

Alat ini digunakan untuk mengukur suhu evaporator pada posisi T1 dan T2 serta air keluaran pada posisi T3 per menit.

e. Termokopel

Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display.

f. Gyipsum

Gyipsum digunakan sebagai dudukan kaleng spritus, karena gyipsum memiliki sifat tahan api yang baik selain itu juga mudah dibentuk.

g. Adaptor

(40)

20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Penelitian

Dari penelitian ini diperoleh data pompa seperti pada tabel 4.1 sampai dengan

tabel 4.42

Tabel 4.1 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:

2 m dan diameter selang osilasi: 3/8 inci.

Tabel 4.2 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:

(41)

Tabel 4.3 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt, head:

Tabel 4.4 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:

Tabel 4.5 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:

(42)

22

Tabel 4.6 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:

(43)

Tabel 4.9 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head: 2

Tabel 4.10 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang

osilasi: 3/8 inci dan pemanas: 1470 watt.

Tabel 4.11 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang

(44)

24

Tabel 4.12 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head: 1 m, diameter selang

(45)

(46)

26

(47)

Tabel 4.21 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 735 watt, head:

Tabel 4.22 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:

Tabel 4.23 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt, head:

(48)

28

Tabel 4.24 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1102.5 watt,

head:2 m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.

2m dan diameter selang osilasi: 1/2 inci.

(49)

Tabel 4.27 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi pemanas: 1470 watt,

Tabel 4.28 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang

Tabel 4.29 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang

(50)

30

Tabel 4.30 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi head:1 m, diameter selang

(51)

(52)

32

Tabel 4.37 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

3

Tabel 4.38 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

(53)

Tabel 4.39 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

Tabel 4.40 Data I temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

1

Tabel 4.41 Data II temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

(54)

34

Tabel 4.42 Data III temperatur dan debit pompa pada variasi diameter selang osilasi:

1

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 (Data I

Temperatur dan Debit Pompa Pada Variasi Pemanas: 1470 watt, Head: 2 m Pipa Osilasi

3

/8 inci) :

Perhitungan nilai Q ( debit )

Dimana besarnya volume keluaran adalah 1010 ml, dan waktu yang diperlukan

selama 11,02 menit, sehingga debit yang dihasilkan :

(55)

Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.2 :

= 0,0297 watt

Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.3. Berikut ini adalah

data dari perhitungan daya sepritus dengan perbandingangan 50 ml spritus dan 1 liter

air.

Tabel 4.43 Data perhitungan daya spritus.

(56)

36

Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.4. Karena pada variasi ini

menggunakan pemanas 1470 watt atau yang berarti volume spritus yang digunakan

adalah 200 cc. maka nilai daya spritus dikalikan empat.

Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel 4.44 sampi dengan tabel 4.48.

Tabel 4.44 Perhitungan pompa variasi pemanas dengan diameter selang osilasi:

⅜ inci, head: 2 m.

(57)

Tabel 4.45 Perhitungan pompa variasi pemanas dengan diameter selang osilasi:

(58)

38

Tabel 4.47 Perhitungan pompa variasi head dengan diameter selang osilasi: ½ inci

pemanas: 1470 watt.

Tabel 4.48 Perhitungan pompa dengan variasi diameter selang osilasi, dengan head:

(59)

4.3. Grafik dan Pembahasan Pompa

Gambar 4.1 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan daya pompa,

pada head: 2m, pemanas: 1470 watt.

Pembahasan Gambar 4.1 :

Daya pompa yang dihasilkan antara selang osilasi 3/8 dan 1/2 inci memiliki

perbedaan yang cukup besar seperti terlihat ada grafik di atas, pompa dengan selang

osilasi 3/8 inci memiliki daya 0,039 watt sedangkan pada pompa dengan selang

osilasi 1/2 inci memiliki daya 0,079 watt, hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil

diameter selang osilasi maka semakin besar gesekan yang terjadi dan mengakibatkan

(60)

40

Gambar 4.2 Grafik hubungan variasi diameter selang osilasi dengan efisiensi pompa,

pada head: 2m, pemanas: 1470 watt.

Dari grafik dapat dilihat bahwa efisiensi pompa yang dihasilkan antara selang

osilasi 3/8 dan 1/2 inci memiliki perbedaan yang cukup besar, pompa dengan selang

osilasi 3/8 inci memiliki efisiensi 0,003% sedangkan pada pompa dengan selang

osilasi 1/2 inci memiliki efisiensi 0,005%, hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil

diameter selang osilasi bukan hanya berakibat pada penurunan daya pompa tetapi

(61)

Gambar 4.3 Grafik hubungan pemanas dengan daya pompa pada head: 2 m.

Dari grafik dapat dilihat bahwa besarnya pemanas berpengaruh terhadap daya

pompa, semakin besar pemanas maka daya pompa semakin tinggi hal ini berlaku

untuk selang osilasi 3/8 maupun 1/2 inci.

(62)

42

Dari grafik dapat dilihat bahwa besarnya pemanas berpengaruh terhadap

efisiensi pompa, tetapi semaki besar pemanas daya pompa menjadi lebih rendah hal

ini berlaku untuk selang osilasi 3/8 maupun 1/2 inci, ini dapat terjadi karena daya

spritus yang digunakan lebih besar dibanding dengan daya pompa yang dihasilkan

sehingga efisiensi pompa menjadi lebih kecil, hal lain yang mempengaruhi adalah

posisi evaporator yang miring meskipun penambahan api dilakukan tetapi

permukaakan pipa pemanas yang dapat kontak secara langsung dengan api tetap

terbatas yaitu permukaan pada bagian bawah saja.

(63)

Daya pompa dengan selang osilasi 3/8 inci pada head 2m mengalami

peningkatan sebesar 0,024 watt dibandingkan pada head 1m tetapi mengalami

penurunan sebesar 0.008 watt pada head 3m, hal ini tidak berlaku pada pompa

dengan selang osilasi 1/2 inci yang selalu mengalami peningkatan daya dari head 1m

dengan daya 0.031 watt meningkat pada head 2m dengan daya 0.079 watt dan pada

head 3m meningkat lagi menjadi 0,106 watt, hal ini disebabkan karena adanya

perbedaan gelombang osilasi yang diakibatkan oleh besarnya puls yang taerjadi pada

pipa pemanas.

(64)

44

Gerafik hubungan antara variasi head dengan efisiensi menunjukkan keadaan

yang sama dengan gerafik hubungan variasi head dengan daya pompa, dimana

efisiensi pompa dengan selang osilasi 3/8 inci pada head 2m mengalami peningkatan

sebesar 0,0017% dibandingkan pada head 1m tetapi mengalami penurunan sebesar

0.0006% pada head 3m, keadaan ini ini tidak berlaku pada pompa dengan selang

osilasi 1/2 inci yang selalu mengalami peningkatan efisiensi dari head 1m yaitu

0.0021% meningkat pada head 2m menadi 0.0054% dan pada head 3m meningkat

lagi menjadi 0,0072% hal ini juga disebabkan karena adanya perbedaan gelombang

osilasi yang diakibatkan oleh besarnya puls yang taerjadi pada pipa pemanas.

Gambar 4.7 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1470

(65)

Gambar 4.8 Grafik hubungan t (menit) vs T (ºC) dengan variasi pemanas: 1102.5

watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ½ inci.

Gambar 4.9 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 735 watt,

(66)

46

Gambar 4.10 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1470

watt, head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.

Gambar 4.11 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi pemanas: 1102.5

(67)

Gambar 4.12 Grafik hubungan t (menit) vs T (ºC) dengan variasi pemanas: 735 watt,

head: 2 m, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.

Gambar 4.13 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada variasi head: 1 m,

(68)

48

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ½ inci.

(69)

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.

(70)

50

pemanas: 1470 watt, dan diameter selang osilasi: ⅜ inci.

Pembahasan Gambar 4.7 – 4.18 :

Dari grafik dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur T1, T2 dan T3 untuk

setiap variasi data hampir sama begitu juga dengan penurunan suhunya, penurunan

suhu terjadi karena mengecilnya nyala api seiring dengan berkurangnya spritus di

(71)

Gambar 4.19 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1(temperatur

bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m.

Dari grafik dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur evaporator sisi uap T1

tidak berbanding lurus dengan besarnya pemanas yang diberikan, bahkan berbanding

terbalik. Temperatur evaporator sisi uap dengan pemanas 1470 watt lebih kecil

dibanding dengan pemanas 1102.5 watt dan pemanas 735 watt, dari pengamatan hal

ini disebabkan karena semakin besar pemanas yang diberikan maka semakin cepat

osilasi yang terjadi, kecepatan osilasi dipengaruhi oleh cepatnya proses penguapan

dan pengembunan dalam evaporator sehingga kalor yang diterima oleh fluida

(72)

52

Gambar 4.20 Grafik Hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2(temperatur

bagian bawah), selang osilasi: ⅜ inci, head 2 m.

Posisi T2 adalah temperatur bagian bawah evaporator temperatur yang diukur

merupakan temperatur air yang tidak mengalami perubahan fase, temperatur pada

posisi ini tidak begitu tinggi dibandingkan pada posisi T1 karena panas berpindah

secara konveksi melalui air yang berada dalam evaporator. Posisi grafik antara variasi

pemanas tidak berbanding lurus ataupun terbalik tetapi acak dan berhimpit hal ini

(73)

perubahan suhu antara variasi pemanas cukup kecil sehingga sihingga udara

lingkungan dapat mempengaruhi nilai yang terbaca pada Thermo logger.

Gambar 4.21 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T1 (temperatur

bagian atas evaporator / uap), selang osilasi: ½ inci, head 2 m.

Dari grafik dapat dilihat bahwa kondisi yang terjadi pada kenaikan temperatur

evaporator sisi uap T1 dengan selang osilasi

½

inci dan selang osilasi

⅜

inci

(Gambar 4.19) berbeda, Hal ini disebabkan karena osilasi yang terjadi tidak stabil

(74)

54

akhirnya berpengaruh juga terhadap perbedaan suhu, ketidak setabilan ini

dikarenakan frekwensi yang dihasilkan oleh pipa osilasi dan evaporator tidak sama.

Gambar 4.22 Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 (temperatur

bagian bawah evaporator), selang osilasi: ½ inci, head 2 m.

Grafik hubungan t (menit) dengan T (ºC) pada posisi T2 dengan selang osilasi

½ inci menunjukkan kondisi yang sama dengan Grafik Hubungan t (menit) dengan T

(ºC) Pada Posisi T1, Selang Osilasi: ½ inci, Head 2 m. dikarenakan air cenderung

lebih lama menyerap ataupun melepas panas dan perubahan suhu antara variasi

pemanas cukup kecil sehingga sihingga udara lingkungan dapat mempengaruhi nilai

(75)

55

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.106 watt terdapat pada variasi head: 3

m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: ½ inci dan debit 238.9

ml/menit.

2. Efisiensi pompa (η pompa) maksimum 0,0072% terdapat pada variasi head: 3 m, pemanas: 1470 watt, diameter selang osilasi: ½ inci dan debit 238.9

ml/menit.

3. Debit (Q) maksimum 256.7 ml/menit terdapat pada variasi pemanas: 1470

watt, head: 2 m, diameter selang osilasi: ½ inci

4. Ukuran diameter selang osilasi sangat berpengaruh terhadap kinerja pompa,

dalam penelitian ini ukuran diameter selang osilasi yang menghasilkan daya,

debit dan efisiensi terbaik adalah: ½ inci.

5.2 Saran

1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak

mempengaruhi kerja sistem.

2. Kurangi belokan atau pengecilan penampang pada sistem pompa, agar

(76)

56

1. Dalam pengisian sistem pompa dengan fluida kerja khususnya pada bagian

evaporator harus terisi sempurna tanpa ada udara yang terjebak di dalamnya.

Solusinya adalah membuat saluran udara sekitar evaporator tetapi bukan di

bagian yang terjadi penguapan dengan memperhatikan bentuk evaporator dan

sirkulasi aliran fluida kerja yang memungkinkan evaporator dapat terisi

dengan sempurna. Solusi ini dapat mempermudah pemilihan bahan penutup

yang tidak harus tahan api, mempermudah pengamatan jika terjadi kebocoran

dan mudah diperbaikai jika bocor.

2. Pompa thermal dengan evaporator posisi miring akan lebih baik jika

menggunakan kolektor surya plat parabolik jenis tabung karena panas yang

diterima evaporator akan lebih merata sehingga efisiensinya lebih baik, tetapi

jika menggunakan air sebagai fluida kerja maka akan cukup sulit untuk

menyediakan kolektor yang mampu menguapkan air apalagi jika dengan

direct system, solusi lain adalah mengunakan indirect system dengan

memakai fluida pemanas oli atau minyak goreng yang memiliki titik didih

lebih tinggi dari air atau mengunakan fluida keja dengan titik didih rendah

seperti bensin suling atau ethyl ether dengan sekat pemisah tertentu supaya

(77)

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.

Nugroho Triyono Setiyo, (2009). Pompa Air Energi Termal Dengan Evaporator 44 cc

dan Pemanas 78 Watt. Halaman 50.

Nugroho Triyono Setiyo, V. Widyarto Erwan. W, Putra Bima. T, (2009 ). Pemodelan

Pompa Air Energi Surya Dengan Kolektor Pelat Datar. Halaman 6.

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.

Widagdo, (2009). Pompa Air Energi Termal Dengan Evaporator 26 cc Dan Pemanas

78 Watt. Halaman 59.

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,

(78)

58

Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a

solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5,

(79)

LAMPIRAN

(80)

Gambar 1. Keseluruhan alat

(81)

Gambar 3. Katup satu arah Gambar 4. Kran selang osilasi

Gambar 5. Gelas ukur Gambar 6. Tangki sisi hisap