TUGAS AKHIR POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

(1)

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

HERIBERTUS DWI PRIHANTORO NIM : 075214017

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

By:

HERIBERTUS DWI PRIHANTORO NIM : 075214017

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

iii TUGAS AKHIR

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

Disusun Oleh:

Nama : Heribertus Dwi Prihantoro NIM : 075214017

Telah disetujui oleh:

Pembimbing Utama tanggal 20 Desember 2010

(4)

iv

Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Nama : Heribertus Dwi Prihantoro NIM : 075214017

Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 20 Januari 2011 dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan panitia penguji:

Ketua : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ...

Sekretaris : Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. ...

Anggota : Ir. Fransiskus Asisi Rusdi Sembada, M.T. ... Yogyakarta, 31 Januari 2011 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

Dekan

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

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 di terbitkan oleh orang lain. Sehingga karya tulis yang kami buat ini adalah asli karya penulis.

Yogyakarta, 20 Desember 2010

Penulis

Heribertus Dwi Prihantoro

(6)

vi

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Heribertus Dwi Prihantoro

Nomor Mahasiswa : 075214017

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR PELAT 90 cc

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 mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 20 Desember 2010

Yang menyatakan

(7)

vii INTISARI

(8)

viii

berkah dan anugerah-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “ Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator Pelat 90 cc ” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

(9)

ix

7. Ayah, ibu dan kakak tercinta, yang selalu setia memberi semangat dan dukungan baik secara material ataupun doa-doanya.

8. Rekan kerja Robertus Agung selaku ketua kelompok, Yusup Agus Suryono dan Nuri Hartarto yang terus saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir.

9. Seluruh keluarga besar mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan dukungan selama ini.

10.Semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima kasih.

Yogyakarta, 20 Desember 2010

(10)

x

HALAMAN PERSETUJUAN ...iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

1.3 Tujuan Penelitian ... 4

1.4 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Penelitian yang Pernah Dialakukan ... 6

2.2 Dasar Teori ... 14

BAB III. METODE PENELITIAN ... 17

3.1 Langkah Kerja Penelitian Sistem Pompa Dengan Evaporator 90 cc ... 17

3.2 Skema Alat ... 17

3.3 Prinsip Kerja Alat ... 20

3.4 Variabel yang Divariasikan ... 21

3.5 Variabel yang Diukur ... 23

3.6 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 23

3.7 Analisa Data ... 24

(11)

xi

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26

4.1 Data Hasil Pengujian ... 26

4.1.1 Hasil Pengujian Evaporator... 26

4.1.2 Hasil Pengujian Spritus ... 37

4.2 Hasil Perhitungan ... 38

4.3 Pembahasan ... 43

4.3.1 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Menggunakan Evaporator 90 cc... 43

4.3.4 Perbandingan Hasil Debit Maksimum yang Didapat Evaporator ... 54

4.4 Model Pompa yang Sudah Dibuat ... 55

4.4.1 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Tembaga ... 56

4.4.2 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Stainless Steel ... 56

4.4.3 Evaporator Dengan Penampang Kotak ... 56

4.5 Kerusakan yang Dialami Pompa ... 57

BAB V. PENUTUP ... 59

5.1 Kesimpulan ... 59

5.2 Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA ... 61

(12)

xii

Tabel 4.2. Hasil Uji Coba Kedua Dengan Menggunakan Pipa

Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m. ... 28 Tabel 4.3. Hasil Uji Coba Ketiga Dengan Menggunakan

Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m ... 29 Tabel 4.8. Hasil Uji Coba Kedelapan Dengan Menggunakan

Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m ... 33 Tabel 4.9. Hasil Uji Coba Kesembilan Dengan Menggunakan

Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m ... 35 Tabel 4.10. Hasil Uji Coba Kesepuluh Dengan Menggunakan

Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m ... 36 Tabel 4.11. Keseluruhan Hasil Uji Coba, Menggunakan

Evaporator Dengan Volume 90 cc ... 36 Tabel 4.12. Hasil Pengujian Spritus, Dilakukan Dengan Cara

Memanaskan Air (1 kg) Menggunakan Spritus

Sebagai Bahan Bakarnya... 37 Tabel 4.13. Hasil Perhitungan Debit dan Daya Pompa

Menggunakan Evaporator Dengan Volume 90 cc ... 39 Tabel 4.14. Hasil Perhitungan Daya Spritus Pada Tiap

(13)

xiii

Tabel 4.15. Hasil Perhitungan Efisiensi Untuk Tiap Percobaan

Dengan Pompa Menggunakan Evaporator 90 cc ... 42 Tabel 4.16. Hasil Perhitungan Data Pompa Menggunakan

Evaporator 60 cc ... 47 Tabel 4.17. Hasil Perhitungan Data Pompa Menggunakan

Evaporator 70 cc ... 51 Tabel 4.18. Perbandingan Evaporator Dengan Bentuk yang

(14)

xiv

Gambar 2.3 Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet ... 10

Gambar 2.4 Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ... 11

Gambar 2.5 Sistem Kerja Fluidyn Pump ... 12

Gambar 2.6 Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump ... 12

Gambar 2.7 Sistem Kerja Nifte Pump ... 13

Gambar 3.1 Skema Alat ... 18

Gambar 3.2 Dimensi Evaporator 90 cc ... 19

Gambar 3.3 Sistem Saluran Air yang Digunakan Untuk Pengujian Evaporator ... 20

Gambar 3.4 Variasi Diameter Selang Osilasi ... 22

Gambar 3.5 Variasi Ketinggian Head ... 22

Gambar 4.1 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc ... 44

Gambar 4.2 Daya Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc ... 44

Gambar 4.3 Efisiensi Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc ... 45

Gambar 4.4 Evaporator 60 cc Dengan Dua Titik Pengelasan Pada Bagian Atas Evaporator ... 47

Gambar 4.5 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 60 cc ... 48

(15)

xv

Gambar 4.9 Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan

Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 70 cc ... 52

Gambar 4.12 Perbandingan Debit Maksimum yang Dihasilkan Oleh Evaporator Dengan Tipe Berbeda ... 54

Gambar 4.13 Evaporator Sebelum Dibakar ... 57

Gambar 4.14 Kerusakan Evaporator Tampak Dari Samping ... 58

(16)

1 1.1 Latar Belakang

Air merupakan zat cair yang sangat berguna bagi kehidupan, baik untuk manusia maupun untuk mahkluk hidup lain. Selain untuk kebutuhan sehari-hari (minum, mandi, mencuci, dll), air juga dapat dikonversi menjadi energi listrik yang sangat berguna untuk kehidupan masyarakat dengan menggunakan kincir air atau mikro hidro. Indonesia merupakan negara dengan bentuk kepulauan dan termasuk negara yang subur, air tersedia secara luas di seluruh daerahnya. Bahkan disetiap pulau di Indonesia terdapat sungai yang mengalir dengan lancar, misalnya sungai Batanghari di Jambi, sungai Musi di Palembang, sungai Bengawan di Solo hingga sungai Mahakam di Kalimantan. Selain memanfaatkan sungai, penduduk Indonesia juga dapat menggali sumur sebagai sumber air mereka.

(17)

2

Pompa air yang menggunakan energi listrik, digunakkan dengan tujuan mempermudah perkerjaan manusia. Namun tidak semua daerah di Indonesia saat ini terjangkau listrik, seperti misalnya di daerah terpencil yang sulit dijangkau. Penggunaan energi listrik juga menyebabkan penyediaan air menjadi mahal, sehingga mengurangi kemampuan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan hidup yang lain. Selain itu pemanasan global juga menjadi alasan untuk mengurangi penggunaan energi listrik, jadi harus dicari solusi untuk mengatasi masalah ini.

Untuk daerah yang dekat dengan aliran sungai, dapat digunakan pompa hidram sebagai solusinya. Namun pompa hidram memiliki batas ketinggian dan jauh aliran yang dapat dijangkau. Daerah yang jauh dari aliran sungai tidak akan dapat menggunakan sistem ini. Alternatif yang dapat digunakan untuk daerah ini adalah dengan menggunakan pompa air energi termal.

Ada 3 jenis pompa air energi termal yang dapat digunakan yaitu:

a. Jenis pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet)

b. Jenis pompa air energi termal dengan jenis Fluidyn Pump

(18)

1.2 Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini akan diteliti pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet). Dipilihnya pompa air energi termal dengan jenis pulsajet dengan alasan jenis pompa air ini merupakan jenis yang paling sederhana, mempunyai komponen yang mudah dibuat dan dapat dikembangkan dengan menggunakan energi surya.

Agar penelitian yang dilakukan dapat berjalan lancar tanpa mengalami kesulitan, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut:

a. Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan spritus sebagai sumber energi. Spritus akan digunakan untuk membakar pompa den evaporator 90 cc yang memiliki penampang dengan ukuran 7 cm x 7 cm, hingga memiliki tenaga untuk memompa air dan keluar melalui saluran pembuangan.

b. Pada penelitian ini dianggap tidak tejadi gesekan atau gangguan dari pipa dan selang.

c. Masa jenis (ρ) air yang digunakan adalah 1000 Kg/m3 dan tidak mengalami perubahan sama sekali.

d. Nilai gravitasi yang digunakan untuk perhitungan adalah 9,8 m/detik2.

(19)

4

f. Pada saat mencari data yang akan digunakan untuk menghitung daya spritus, dengan cara memanaskan air menggunakan bahan bakar spritus, panas yang dihasilkan oleh spritus dianggap ditangkap oleh air secara keseluruhan tanpa mengalami kehilangan temperatur sedikit pun.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian antara lain:

a. Membuat pompa air energi termal jenis pulsajet air dengan menggunakan evaporator 90 cc.

b. Mengetahui debit (Q) maksimun yang dihasilkan oleh pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).

c. Mengetahui daya pompa air energi termal (Wp) dengan jenis pulsajet (water pulse jet).

d. Mengetahui efisiensi (η pompa) maksimum pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulse jet).

(20)

1.4 Manfaat

Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah:

a. Mengetahui sistem kerja pompa air energi termal dengan jenis pulsajet (water pulse jet) sebagai alat untuk memompa air.

b. Menambah kepustakaan tentang pompa air energi termal.

(21)

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Sebelum penelitian ini dilakukan, banyak penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dengan model pompa yang berbeda. Mulai dari peneliti profesional hingga rekan mahasiswa yang telah melakukan penelitian lebih dulu.

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 m sampai 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

(22)

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).

Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal Menggunakan Pompa Rendam” mampu menghasilkan Efisiensi sensibel kolektor maksimum adalah 12,68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0,0893 Watt, Efisiensi

sistem maksimum sebesar 0,132 %, faktor efisiensi maksimum adalah 57,218 % (Yulia

Venti Yoanita, 2009).

Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0,697 liter/menit pada variasi ketinggian

head 1,75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara (Mohammad Suhanto, 2009).

(23)

8

Penelitian terbaru dilakukan dengan judul penelitian “Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 2 Pipa Pararel” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum sebesar 0,0148 watt, efisiensi pompa (ηpompa) fluida kerja spirtus karena merupakan jenis pompa air energi termal yang paling sederhana dibandingkan yang lain.

(24)

Gambar 2.1. Pompa Air Energi Termal Jenis Pulse Jet ( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC

dan Pemanas 78 Watt oleh Triyono Setiyo Nugroho)

Gambar 2.2. Dimensi Evaporator ( Sumber : Tugas Akhir Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas

(25)

10

Gambar 2.3. Pompa Air Energi Termal Jenis pulse jet( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid-Piston Engines of

Thomas Smith )

Keterangan bagian-bagian pulse jet :

1. Fluida air 5. Tuning pipe

2. Sisi uap 6. Katup hisap

3. Sisi panas 7. Katup buang

(26)

Gambar 2.4. Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump ( Sumber : Asymmetric Heat Transfer In Vapour Cycle Liquid Piston Engines of Thomas Smith )

Keterangan bagian-bagian Fluidyn Pump :

1. Displacer 6. Katup hisap

2. Penukar panas 7. Katup buang

3. Pemicu regenerasi 8. Sisi volume mati

4. Penukar panas 9. Pengapung

5. Tuning pipe

(27)

12

Gambar 2.5. Sistem Kerja Fluidyn Pump ( Sumber : Liquid Piston Stirling Engines of Van NostrnadReinhold Publishing )

(28)

Keterangan bagian-bagian Nifte Pump :

1. Kekuatan piston 6. Katup

2. Beban 7. Saturator

3. Silinder displacer 8. Difusi kolom

4. Evaporator 9. Perpindahan panas

5. Kondenser

Gambar 2.7. Sistem Kerja Nifte Pump ( Sumber : WWW.Wikipedia.co.id )

(29)

14

evaporator meningkat (5), fluida (2) akan menekan beban atau fluida sistem (7) mengalir keluar. Selanjutnya pada proses penghisapan terjadi ketika uap air mengembun dengan bantuan kondenser, hal ini terus terulang secara terus menerus.

2.2 Dasar Teori

Pada penelitian ini digunakan beberapa persamaan untuk mencari nilai-nilai yang diperlukan. Untuk mengetahui daya pompa, terlebih dahulu harus dicari debit yang dihasilkan oleh pompa. Penghitungan debit menggunakan persamaan 2.1:

t V

Q= …... (2.1)

( Sumber : Mekanika Fluida dan Hidraulika oleh Ranald V. Giles)

Dengan:

(30)

Setelah diketahui debit yang dihasilkan, maka dapat dicari daya pompanya. Daya pemompaan yang dihasilkan pompa air dapat dihitung dengan persamaan 2.2:

Dengan:

ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/s2) Q : debit pemompaan (m3/s) H : head pemompaan (m)

Untuk mengetahui daya spritus, harus dilakukan uji coba terlebih dahulu. Uji coba dilakukan dengan cara memanaskan air dan spritus digunakan sebagai fluida kerjanya. Air digunakan sebagai pendekatan untuk menghitung daya spirtus, karena dengan menggunakan air akan lebih mudah untuk menghitung daya spirtus daripada menguji spirtus secara langsung. Setelah uji coba selesai dilakukan, daya spritus dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan 2.3:

t

T

c

m

W

_spirtus

=

.

p

.

∆

_{…... (2.3)}

Dengan :

mair : massa air yang dipanasi (kg) Cp : panas jenis air (J/Kg ºC) T : kenaikan temperatur (o C)

(31)

16

Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antara daya pemompaan yang dihasilkan selama waktu tertentu dengan besarnya daya fluida yang dihasilkan. Setelah daya pompa dan daya spritus diketahui maka dapat dicari nilai efisiensi pompa. Efisiensi pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.4:

…... (2.4)

Dengan :

Wp : daya pemompaan (watt) Wspritus : daya spritus (watt)

Wspritus P W

pompa =

(32)

17

3.1. Langkah Kerja Penelitian Sistem Pompa Dengan Evaporator 90 cc Berikut adalah langkah kerja yang dilakukan dalam penyelesaian penelitian pompa energi termal menggunakan evaporator 90 cc:

1. Menentukan model dan ukuran pompa yang akan dibuat. 2. Menentukan variasi ketinggian yang akan digunakan. 3. Belanja alat dan bahan yang akan digunakan.

4. Membuat sistem saluran air yang akan digunakan. 5. Membuat pompa yang akan digunakan.

6. Merangkai pompa pada sistem saluran air yang sudah dibuat. 7. Melakukan uji coba dan mengambil data dari uji coba yang

dilakukan.

3.2. Skema Alat

(33)

18

Gambar 3.1. Skema Alat

Keterangan :

1. Evaporator 6. Corong keluaran 11. Tangki air

2. Tempat spritus 7. Selang osilasi ½ inci 12. Gelas ukur

3. Katup tekan 8. Selang osilasi 3/8 inci

4. Katup hisap 9. Kran pipa osilasi 3/8 inci

(34)

Gambar 3.2. Dimensi Evaporator 90 cc

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

1. Evaporator menggunakan bahan dari pelat tembaga sebagai bagian yang dipanasi dengan penampang berukuran 8 x 8 cm2.

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

(35)

20

Gambar 3.3. Sistem Saluran Air yang Digunakan Untuk Pengujian Evaporator

3.3. Prinsip Kerja Alat

(36)

Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau vakum) sehingga air dari sumber (tangki air) masuk / terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali. 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 menjaga agar pada saat terjadi langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber.

3.4. Variabel Yang Divariasikan

(37)

22

Gambar 3.4. Variasi Diameter Selang Osilasi

(38)

3.5. Variabel yang Diukur

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

c. Temperatur air yang dipanaskan (T)

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

3.6. 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 1,80 m. 2. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem. 3. Mengisi bahan bakar spirtus.

4. Mulai penyalaan pemanas evaporator.

(39)

24

6. Gunakan diameter selang osilasi yang menghasilkan volume air keluaran terbanyak untuk pengujian selanjutnya.

7. Mencatat waktu serta volume air yang dihasilkan pompa.

8. Ulangi langkah nomor tiga hingga tujuh pada pengujian selanjutnya dengan menggunakan head 1,5 m kemudian dilanjutkan kembali dengan

head 2,5 m dan diakhiri dengan mengulangi variasi head 1,8 m. 3.7. Analisa Data

Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : volume output air (V) dan waktu pemompaan (detik) 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 (η pompa).

Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa.

3.8. Peralatan Pendukung

Dalam melakukan pengujian, diperlukan alat bantu agar pengambilan data dapat dilakukan dengan tepat. Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

a. Stopwatch

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

(40)

c. Gelas Ukur Kecil

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

d. Corong

Corong digunakan untuk mengisi air pada pipa saluran air, mengisi kotak pembakaran dengan spritus dan menampung air yang keluar dari sistem. Tanpa menggunakan corong akan sulit mengisi kotak pembakaran dan memastikan air yang keluar dari sistem tertampung secara keseluruhan.

e. Ember

(41)

26

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Data pengujian yang didapat terdiri dari data hasil pengujian evaporator dan data hasil pengujian spritus. Berikut data-data yang didapat:

4.1.1 Hasil Pengujian Evaporator

Data yang telah didapat dijadikan satu, dan kemudian digunakan untuk perhitungan. Pada setiap pengujian dilakukan dengan:

Jarak pembakaran = 25 mm

Volume spritus = 100 cc

(42)

Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Pertama Dengan Menggunakan Pipa Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

Waktu Waktu Volume air keluar

(43)

28

Tabel 4.2 Hasil Uji Coba Kedua Dengan Menggunakan Pipa Osilasi ½ inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

(44)

Tabel 4.3 Hasil Uji Coba Ketiga Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

air mulai keluar dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

(45)

30

Tabel 4.5 Hasil Uji Coba Kelima Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,5 m.

Waktu Waktu Volume air keluaran air mulai keluar

Tabel 4.6 Hasil Uji Coba Keenam Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,5 m.

(46)

Tabel 4.7 Hasil Uji Coba Ketujuh Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m.

(47)

32

Tabel 4.7 Hasil Uji Coba Ketujuh Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m (lanjutan).

Waktu air mulai keluar

(menit)

Waktu air mulai keluar

(menit)

Volume air keluar (ml)

0:24:09 0:24:24 3390

0:24:33 0:25:44 3610

0:25:52 0:26:00 3700

0:26:13 0:27:09 3860

(48)

Tabel 4.8 Hasil Uji Coba Kedelapan Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m.

(49)

34

Tabel 4.8 Hasil Uji Coba Kedelapan Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 2,5 m (lanjutan).

(50)

Tabel 4.9 Hasil Uji Coba Kesembilan Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 21,8 m.

(51)

36

Tabel 4.10 Hasil Uji Coba Kesepuluh Dengan Menggunakan Pipa Osilasi 3/8 inci dan Variasi Ketinggian 1,8 m.

air mulai keluar air berhenti keluar (ml)

0:00:42 0:01:05 140

(52)

4.1.2 Hasil Pengujian Spritus

Selain dilakukan pengujian pada evaporator, dilakukan juga pengujian pada spritus. Pengujian dilakukan untuk mengetahui perbedaan suhu dan waktu yang dihasilkan dari memanaskan air (masa 1 kg) dengan menggunakan spritus. Hasil pengujian spritus diperlihatkan pada Tabel 4.12.

Tabel 4.12. Hasil Pengujian Spritus, Dilakukan Dengan Cara Memanaskan Air (1kg) Menggunakan Spritus Sebagai Bahan Bakarnya.

(53)

38

4.2 Hasil Perhitungan

Setelah data uji coba evaporator didapat, maka debit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1. Selanjutnya dengan menggunakan hasil perhitungan debit, dapat dicari daya pompa dengan menggunakan persamaan 2.2.

Perhitungan untuk data percobaan pertama:

Didapatkan dari hasil uji coba:

V = 1300 ml

t = 1784 detik

Untuk mencari debit, digunakan persamaan 2.1:

Q = V/t

= 1300 ml / 1782 detik

= 0,73 ml/detik

= 43,8 ml/menit

= 0,0438 liter/menit

(54)

Jika debit sudah diketahui, selanjutnya dapat dicari daya pompa dengan menggunakan persamaan 2.2:

Wpompa = ρ. g. Q. H

= 1000 kg/m3 . 9,8 m/detik2 . 0,0000007 m3/detik . 1,8 m

= 0,0129 watt

Dengan menggunakan cara yang sama maka didapatkan tabel 4.13.

Tabel 4.13. Hasil Perhitungan Debit dan Daya Pompa Menggunakan Evaporator Dengan Volume 90 cc.

(55)

40

(56)

Dengan menggunakan cara yang sama, dapat dicari daya spritus berdasarkan tiap kenaikan suhu. Hasil perhitungan untuk tiap kenaikan suhu terdapat pada tabel 4.14:

Tabel 4.14. Hasil Perhitungan Daya Spritus Pada Tiap Kenaikan Suhu

No T ∆T Waktu Daya Spritus

(57)

42

Setelah diketahui daya untuk pompa dan untuk spritus berdasarkan perhitungan sebelumnya. Selanjutnya nilai efisiensi dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.4: percobaan. Tabel 4.15 menampilkan hasil perhitungan pada tiap percobaan:

Tabel 4.15. Hasil Perhitungan Efisiensi Untuk Tiap Percobaan Dengan Pompa Menggunakan Evaporator 90 cc

Percobaan Ketinggian

Pipa

Osilasi Daya Pompa Daya Spritus

(58)

4.3 Pembahasan

Data yang telah didapat, akan dibandingkan dengan data hasil uji coba dari penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya. Pada tiap penelitian digunakan evaporator dengan bentuk atau ukuran yang berbeda. Untuk mempermudah melihat perbedaan data, dibuat grafik berdasarkan hasil maksimum yang didapat.

4.3.1 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc

(59)

44

Gambar 4.1. Debit Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc

(60)

Gambar 4.3. Efisiensi Maksimum Tiap Variasi yang Dihasilkan Pompa Dengan Menggunakan Evaporator 90 cc

Keterangan Gambar:

: Hasil maksimum yang didapat dari percobaan pompa evaporator 90 cc dengan variasi ketinggian 1,8 m dan menggunakan pipa osilasi ½ inci. Nilai yang didapat untuk debit sebesar 0,057 liter/menit, daya sebesar 0,0168 watt dan efisiensi sebesar 0,0047 %.

: Hasil maksimum yang didapat dari percobaan pompa evaporator 90 cc dengan variasi ketinggian 1,8 m dan menggunakan pipa osilasi 3/8 inci. Nilai yang didapat untuk debit sebesar 0,308 liter/menit, daya sebesar 0,091 watt dan efisiensi sebesar 0,0252 %.

(61)

46

Dari hasil uji coba, diketahui jika pengujian pada evaporator 90 cc yang dilakukan dengan menggunakan variasi selang osilasi ½ inci menghasilkan debit yang sedikit. Debit yang lebih besar dihasilkan jika digunakan variasi selang 3/8 inci. Setelah dilakukan uji coba dan mengalami pembakaran yang cukup lama, evaporator mengalami pembesaran volume. Pembesaran volume ini menyebabkan penurunan debit yang dihasilkan oleh pompa.

(62)

(63)

48

(64)

Keterangan Gambar:

(65)

50

Dari grafik dapat dilihat jika debit maksimum yang didapat dihasilkan dengan menggunakan variasi selang osilasi ½ inci dan ketinggian 1,8 m. Evaporator 60 cc ini dibuat sebagai solusi pertama untuk mengatasi kerusakan yang dialami oleh evaporator akibat pembakaran yang lama. Saat dilakukan uji coba, kerja evaporator dengan dua sisi pengelasan berjalan dengan baik. Pembakaran yang dilakukan terhadap evaporator ini lebih lama dibandingkan dengan evaporator 90 cc, namun perubahan volume yang dialami evaporator ini tidak lebih besar dari yang dialami oleh evaporator 90 cc.

(66)

Tabel 4.17. Hasil Perhitungan Data Pompa Menggunakan Evaporator 70 cc

(67)

52

(68)

Keterangan Gambar:

(69)

54

Evaporator 70 cc mengalami pengelasan keliling, pada tiap sisi evaporator dilakukan pengelasan dengan rapat. Pengelasan dilakukan secara keliling dengan tujuan agar evaporator lebih kuat dibandingkan dengan evaporator lain yang tidak mengalami pengelasan keliling. Saat dilakukan uji coba, evaporator ini terbukti lebih tahan dan tidak mengalami perubahan volume sebesar evaporator yang lain.

4.3.4 Perbandingan Hasil Debit Maksimum yang Didapat Evaporator.

Debit maksimum yang dihasilkan oleh evaporator, akan dibandingkan dengan evaporator hasil penelitian terdahulu yang sudah pernah dilakukan. Hasil perbandingan ditampillkan pada Gambar 4.12. Data hasil perhitungan berupa debit, daya dan efisiensi ditampilkan pada Tabel 4.18.

(70)

Keterangan Gambar:

: Pompa dengan evaporator 90 cc, dengan penampang berbentuk kotak. Debit maksimum yang dihasilkan sebesar 0,308 liter/menit

: Pompa dengan evaporator 60 cc, dengan penampang berbentuk kotak. Debit maksimum yang dihasilkan sebesar 0,352 liter/menit.

: Pompa dengan evaporator 70 cc, dengan penampang berbentuk kotak. Debit maksimum yang dihasilkan sebesar 0,206 liter/menit.

: Pompa dengan evaporator 44 cc dan menggunakan pemanas 78 watt, pipa tunggal. Debit maksimum yang dihasilkan sebesar 0,299 liter/menit.

: Pompa dengan evaporator dua pipa pararel. Debit maksimum yang dihasilkan sebesar 0,588 liter/menit.

Tabel 4.18. Perbandingan Evaporator Dengan Bentuk yang Berbeda Hasil maksimum Evaporator

yang didapat

4.4 Model Pompa yang Sudah Dibuat

(71)

56

4.4.1 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Tembaga

Evaporator rancangan pertama adalah evaporator dengan bentuk spiral, bahan yang direncanakan untuk evaporator ini adalah tembaga berbentuk pipa. Untuk membuat model ini, dilakukan pengerolan pada pipa. Karena sifat tembaga yang lunak, tembaga mengalami kerusakan saat dilakukan pengerolan. Dengan hasil ini, pengerjaan pertama dianggap gagal.

4.4.2 Evaporator Berbentuk Spiral Dari Stainless Steel

Setelah mengalami kegagalan saat menggunakan bahan tembaga, uji coba kedua dilakukan dengan membuat evaporator spiral dengan bahan stainless steel. Pembuatan evaporator berhasil, pipa stainless steel tidak mengalami kerusakan saat dilakukan pengerolan. Selanjutnya evaporator dijalankan dengan menggunakan kompor minyak sebagai sumber panas. Hingga pipa berwarna merah menyala karena terlalu panas, air yang keluar melalui saluran pembuangan hanya sedikit. Dengan hasil ini, pengerjaan kedua juga dianggap gagal.

4.4.3 Evaporator Dengan Penampang Kotak

(72)

dengan tebal 0,5 mm, kemudian plat tersebut ditekuk dengan bantuan plat besi yang lebih tebal. Selanjutnya tiap sisi plat dilas, dan terakhir pada salah satu sisi plat dilas pipa tembaga tepat di tengahnya. Setelah dilakukan pengujian, hasil yang didapat lebih baik dari evaporator rancangan sebelumnya. Dengan hasil ini diputuskan akan digunakan evaporator dengan penampang berbentuk kotak.

4.5 Kerusakan yang Dialami Pompa

Karena terus dibakar, menyebabkan evaporator mengalami kerusakan. Kerusakan terjadi pada bagian tengah evaporator yang mengalami penggelembungan, hingga bagian tengah menjadi lebih besar dari sebelum dibakar. Volume yang diukur juga memperlihatkan jika evaporator yang telah dibakar memiliki nilai lebih besar dibandingkan volume evaporator sebelum dibakar. Kerusakan yang dialami oleh evaporator tampak pada Gambar 4.14 dan Gambar 4.15.

(73)

58

Gambar 4.14. Kerusakan Evaporator Setelah Penelitian Tampak Dari Samping

(74)

59 5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan uji coba terhadap pompa dengan evaporator 90 cc berpenampang kotak 7 cm x 7 cm, dapat disimpulkan jika:

1. Pompa air energi termal menggunakan evaporator jenis pulse jet pump dengan pelat tembaga 7 cm x 7 cm berhasil dibuat dan dijalankan.

2. Debit (Q) maksimum 0,308 liter/menit terjadi pada variasi ketinggian head 1,8 dengan menggunakan diameter selang osilasi 3/8 inci.

3. Daya pompa (Wp) maksimum sebesar 0,091 watt. 4. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum sebesar 0,0252 %.

5. Pompa dengan evaporator pelat 7 cm x 7 cm memiliki debit, daya, dan efisiensi yang lebih baik bila dibandingkan dengan pompa dengan evaporator pelat 10 cm x 10 cm yang bervolume awal 70 cc (Hasil pompa dengan evaporator 70 cc#> Q= 0.206 l/s; Wp=0.051 W; η= 0.014%). 6. Pompa dengan evaporator pelat 7 cm x 7 cm memiliki debit, daya, dan

(75)

60

7. Pompa dengan evaporator pelat 7 cm x 7 cm memiliki debit, daya, dan efisiensi yang lebih baik bila dibandingkan dengan pompa dengan evaporator pipa tungal (Hasil pompa dengan evaporator pipa tunggal #> Q= 0.229 l/s; Wp= 0.073 W; η= 0.094 %).

8. Pompa dengan dengan evaporator dua pipa pararel memiliki debit, daya, dan efisiensi yang lebih baik bila dibandingkan dengan pompa evaporator pelat 7 cm x 7 cm (Hasil pompa dengan evaporator pipa pararel #>

Q= 0.588 l/s; Wp= 0.151 W; η= 0.031 %).

5.2 Saran

1. Gunakan bahan dengan nilai konduktifitas yang tinggi untuk membuat evaporator, agar panas yang disalurkan dapat segera diterima oleh fluida kerja.

(76)

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.

(77)

62

LAMPIRAN

FOTO PENELITIAN

(78)

(79)

64

Jenis Variasi

Kran Pengatur Selang Osilasi 2,5 m

1,8 m

(80)

Katup Hisap Katup Tekan