i
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
TRIYONO SETIYO NUGROHO NIM : 065214050
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
TRIYONO SETIYO NUGROHO NIM : 065214050
MECHANICAL ENGINERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERCITY YOGYAKARTA
vii
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. Tetapi unjuk kerja pompa air energi surya di indonesia belum banyak sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinan pemanfaatannya. Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti, yaitu dapat mengetahui debit pemompaan, daya pompa dan efsiensi pompa air energi termal jenis pulsajet air (Water Pulse Jet), faktor efisiensi kolektor dan efisiensi kolektor surya plat datar dengan cpc.
viii
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 44 cc Dan Pemanas 78 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 Sugiharto 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.
ix
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, 16 Desember 2009
x
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... xii
DAFTAR GAMBAR... xiii
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
2.1 Penelitian Yang Pernah Dialakukan ... 4
2.2 Dasar Teori... 5
BAB III. METODE PENELITIAN... 13
3.1 Deskripsi Alat ... 13
xi
3.6 Analisa Data ... 21
3.7 Peralatan Pendukung... 21
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 23
4.1 Data Penelitian ... 23
4.2 Perhitungan ... 33
4.2.1. Perhitungan Pompa... 33
4.2.2. Perhitungan Kolektor... 45
4.3 Grafik dan Pembahasan Pompa ... 40
4.4 Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC... 45
BAB V. PENUTUP... 50
5.1 Kesimpulan ... 50
5.2 Saran ... 50
xii
4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º...24
4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º...25
4.5 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup30 º...26
4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup15 º... 26
4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m...27
4.8 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m...28
4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m...29
4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m...29
4.11 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m...30
4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m...31
4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara...31
4.14 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara...32
4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air...33
4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air...34
4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran...35
4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head...35
4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin...35
4.20 Data I Temperatur Penelitian KolektorCPC...36
4.21 Data II Temperatur Penelitian KolektorCPC...36
4.22 Data III Temperatur Penelitian KolektorCPC...37
xiii
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 Daya Pompa...43
4.2 Gambar Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Efisiensi Pompa...44
4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara...45
xiv
Head 1,75 m dan Pendingin Udara...48 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Bukaan Kran 30º
Head 1,75 m dan Pendingin Udara...49 4.8 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi
Pendingin Air Bukaan Kran 30º dan Head 1,75 m ...50 4.9 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor)
dan F’ Pada Data I Kolektor CPC...51 4.10 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor)
dan F’ Pada Data II Kolektor CPC...52 4.11 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor)
dan F’ Pada Data III Kolektor CPC...53 4.12 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi Kolektor ( η kolektor)
dan F’ Pada Data IV Kolektor CPC...54 4.13 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I
KolektorCPC...55 4.14 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data II
KolektorCPC...56 4.15 Gambar Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III
KolektorCPC...57 4.16 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 Pulse Jet), pompa air energi termal dengan jenisFluidyn Pumpdan pompa air energi termal dengan jenisNifte Pump.
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
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 Pulse 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.
BAB II DASAR TEORI
2.1. Penelitian yang pernah dilakukan
Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m (Mahkamov, 2003), Penelitian pompa air energi panas oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% (Smith, 2005). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy et. al., 1995). Penelitian secara teoritis pompa air energi panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ethermemperlihatkan bahwa efisiensi pompa denganethyl 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, 2001).
2.2. Dasar Teori
Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet 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:
Keterangan : 1. Fluida air 2. Sisi uap 3. Sisi panas 4. Sisi dingin 5. Tuning pipe 6. Katup hisap 7. Katup buang
Keterangan : 8. Sisi volume mati 9. Pengapung Gambar 2.2 Pompa Air Energi Termal JenisFluidyn Pump
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 :
mair : massa air (kg) Cp : panas jenis air (J/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) Wspritus : daya spritus (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 fluida dalam pipa/saluran mengambil panas dan menuju ke
Wspritus WP pompa
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
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 efisiensi maks 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 2.7 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
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)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Pompa termal Kolektor surya
Gambar 3.1 Skema Alat Penelitian
Keterangan pompa :
1. Tuning pipe 7. Selang keluaran
2. Kran osilasi 8. Evaporator
3. Gelas ukur 9. Pendingin
4. Tangki hisap 10. Kran pengisi fluida
5. Katup hisap satu arah 11. Rangka
6. Katup buang satu arah
Keterangan kolektor surya: 1. Isolasi
2. Reflektor 3. Pipa riser 4. CPC 5. Rangka 6. Evaporator
Gambar 3.2 Detail Evaporator Gambar 3.3 CPC Pada Kolektor
Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen utama yaitu:
1. Evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga sebagai bagian yang dipanasi.
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 pulse 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 dan pendingin udara (alami).
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.
Prisip kerja kolektor dapat dijelaskan 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.
Gambar 3.4 Variasi Bukaan Kran
Pendingin air
Evaporator
Gambar 3.6 Variasi Pendinginan
3.4 Variabel yang Diukur
Gambar 3.7 Posisi Termokopel Pada Pompa
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).
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
b. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu air mengalir. c. Gelas Ukur
Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa air setelah jangka waktu tertentu.
d. 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
BAB IV
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
Tabel 4.3 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15°
Tabel 4.4 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 15° Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.6 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Bukaan Kran Tertutup 30°
Tabel 4.7 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,75 m Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.9 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m
Tabel 4.10 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,50 m Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.12 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1 m
Tabel 4.13 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Udara Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.14 ( lanjutan )
Tabel 4.15 Data I Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air Waktu T1 T2 T3 T4
Tabel 4.16 Data II Temperatur Pompa Pada Variasi Pendingin Air Waktu T1 T2 T3 T4
16:14 51 36 37 49
16:16 49 37 35 46
16:18 59 37 37 45
Tabel 4.16 ( lanjutan )
Tabel 4.17 Hasil Penelitian Pompa Variasi Bukaan Kran
Data Head Bukaan Vol Waktu V out
(m) kran Spirtus (ml) (menit) (m3)
I 1,75 Terbuka Penuh 0º 25 15 0,00560
II 1,75 Terbuka Penuh 0º 25 15 0,00485
I 1,75 Tertutup 15º 25 18 0,00400
II 1,75 Tertutup 15º 25 16 0,00334
I 1,75 Tertutup 30º 25 19 0,00310
II 1,75 Tertutup 30º 25 20 0,00418
Tabel 4.18 Hasil Penelitian Pompa Variasi Ketinggian Head
Data Head Vol Waktu V out
(m) Spirtus (ml) t (menit) (m3)
I 1,75 25 14.90 0,00560
II 1,75 25 12.27 0,00485
I 1,50 25 14.23 0,00425
II 1,50 25 15.30 0,00340
I 1,00 25 10.50 0,00360
Tabel 4.19 Hasil Penelitian Pompa Variasi Pendingin
Data Head Bukaan Jenis Vol Waktu V out
(m) kran pendingin Spirtus (ml) (menit) (liter)
I 1,75 Terbuka Penuh 0º udara 25 14,90 5,60
II 1,75 Terbuka Penuh 0º udara 25 12,27 4,85
I 1,75 Terbuka Penuh 0º air 25 11,35 3,50
II 1,75 Terbuka Penuh 0º air 25 13,30 2,25
Tabel 4.20 Data I Temperatur Penelitian KolektorCPC
Waktu G Surya T5 T6 T7 T8
Tabel 4.21 Data II Temperatur Penelitian KolektorCPC
Waktu G Surya T5 T6 T7 T8 (w/m²)
10:10 865 42 32 43 50
10:20 804 45 32 51 57
Tabel 4.21 ( lanjutan )
Tabel 4.22 Data III Temperatur Penelitian KolektorCPC
Tabel 4.22 ( lanjutan )
Tabel 4.23 Data IV Temperatur Penelitian KolektorCPC
Tabel 4.23 ( lanjutan )
Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.1 I, variasi bukaan kran terbuka penuh :
Perhitungan nilai Q ( debit )
Dimana besarnya volume keluaran sebesar 4800 ml , dan waktu yang diperlukan selama 691 detik,sehingga debit yang dihasilkan :
Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:
Wp 1000 .9,8.0,0000097 m3/s .1,75 m = 0,167 watt
Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :
W spirtus
Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan :
η pompa =
78,24Watt 0,167
x 100
= 0,213 %
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 0,584 0,167 0,213
II 1,75 0,395 0,113 0,144
I 1,50 0,299 0,073 0,094
II 1,50 0,222 0,054 0,070
I 1,00 0,343 0,056 0,072
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 Penuh 0º 0,584 0,167 0,213
II 1,75 Terbuka Penuh 0º 0,395 0,113 0,144
I 1,75 Tertutup 15º 0,275 0,079 0,101
II 1,75 Tertutup 15º 0,215 0,062 0,079
I 1,75 Tertutup 30º 0,203 0,058 0,074
II 1,75 Tertutup 30º 0,229 0,066 0,084
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 Penuh 0º 0,584 0,167 0,213
II 1,75 Terbuka Penuh 0º 0,395 0,113 0,144
I 1,75 Terbuka Penuh 0º 0,164 0,047 0,060
II 1,75 Terbuka Penuh 0º 0,166 0,047 0,061
4.2.2 Perhitungan Kolektor
Berikut ini adalah contoh perhitungan faktor efisiensi kolektor Tabel 4.17 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
Watku 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)
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/kg°C, 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 negatif tidak digunakan (diabaikan), karena isolasi yang kurang baik dan radiasi surya yang datang tidak konstan.
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
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
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
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
4.3. Grafik dan Pembahasan Pompa
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Head, Bukaan Kran dan Pendingin vs Daya Pompa
Gambar 4.3 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1,75 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara
Gambar 4.5 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Head 1 m Bukaan Kran 0º dan Pendingin Udara
Gambar 4.7 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Variasi Bukaan Kran 30º Head 1,75 m dan Pendingin Udara
Pembahasan:
4.4. Grafik dan Pembahasan Kolektor CPC
Gambar 4.9 Grafik Hubungan t (menit) vs Efisiensi 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 III Kolektor CPC
Gambar 4.13 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data I KolektorCPC
Gambar 4.15 Grafik Hubungan t (menit) vs T (ºC) Pada Data III KolektorCPC
Pembahasan:
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt pada variasi
ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0ºC dan pendingin udara.
2. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0,213 % pada variasi
ketinggian head 1,75 m, bukaan kran 0ºC dan pendingin udara.
3. Debit (Q) maksimum 0,376 (liter/menit) pada variasi ketinggian head
1,75, bukaan kran 0ºC dan 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.
5.2 Saran
1. Periksa sambungan dan pastikan tidak ada kebocoran agar tidak
mempengaruhi kerja sistem.
2. 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.
3. Dalam pengambilan data pada kolektor surya usahakan pada kondisi
DAFTAR PUSTAKA
Mahkamov, K.; Djumanov, D., Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston
Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion Engineering
Conference, 17-21 August 2003, Portsmouth, Virginia
Smith, Thomas. C. B, (2005), Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle
Liquid-Piston Engines . Pages 1-3
Sumathy, K.; Venkatesh, A.; Sriramulu, V., (1995). The importance of the condenser
in a solar water pump, Energy Conversion and Management, Volume 36, Issue
12, December 1995, Pages 1167-1173
Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2000). Performance of a solar water pump with
n-pentane and ethyl ether as working fluids, Energy Conversion and Management,
Volume 41, Issue 9, 1 June 2000, Pages 915-927.
Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a
solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5,
