PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR 6 PIPA PARALEL 135 cc DENGAN DUA PIPA HISAP Tugas Akhir Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Diajukan Oleh: DANIEL ANGGI PRASETYO NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014 i

2 THERMAL ENERGY WATER PUMP USING EVAPORATOR 6 PARALLEL PIPE 135 cc WITH TWO PIPE SUCTION Final Project Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by DANIEL ANGGI PRASETYO NIM : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014 ii

3 TUGAS AKHIR POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR 6 PIPA PARALEL 135 cc DENGAN DUA PIPA HISAP Disusun Oleh: Nama : Daniel Anggi Prasetyo NIM : Telah disetujui oleh: Pembimbing Utama tanggal 19 Februari 2014 I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T. iii

4 TUGAS AKHIR POMPA AIR ENERGI TERMAL MENGGUNAKAN EVAPORATOR 6 PIPA PARALEL 135 cc DENGAN DUA PIPA HISAP Dipersiapkan dan ditulis oleh: Nama Daniel Anggi Prasetyo NIM : Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 19 Februari 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan panitia penguji: Ketua : Doddy Purwadianto, ST, MT. Sekretaris : Ir. PK. Purwadi, MT. Anggota : I Gusti Ketut Puja, ST, MT. Yogyakarta, 19 Februari 2014 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. iv

5 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, 19 Februari 2014 Daniel Anggi Prasetyo v

6 INTISARI Air sangat penting bagi kehidupan manusia. Pada umumnya air mengalir dari permukaan yang tinggi ke permukaan yang rendah, tetapi dengan adanya pompa air, air dapat mengalir dari permukaan yang rendah ke permukaan yang tinggi. Terdapat banyak jenis pompa yang pada umumnya digunakan manusia pada kehidupan sehari-hari adalah pompa air dengan energi listrik, tetapi di Indonesia tidak semua daerah yang mendapatkan listrik. Oleh sebab itu, di buat pompa air dengan energi termal, yang mana pompa air tersebut dapat mengalirkan air dari permukaan rendah ke permukaan yang tinggi dengan cara dipanaskan. Jenis pompa air yang digunakan adalah pulsajet air (water pulsejet). Pompa air energi termal terdiri dari 4 (empat) komponen utama, (1) evaporator, (2) pemanas, (3) pendingin dan (4) tuning pipe (pipa osilasi). Variabel-variabel yang diukur pada pengujian pompa adalah temperatur suhu air awal (T0), temperatur sisi bawah evaporator (T1), temperatur sisi dibawah pemanas spirtus (T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3), temperatur udara sekitar (T4), V out dan t out pemompaan.. Variasi yang dilakukan pada pengujian pompa adalah ketinggian head 1,50 m dan 1,80 m, osilasi ⅜ inci dan ½ inci, variasi pendingin yaitu air. Hasil penelitian menunjukkan debit maksimum (Q) adalah 0, m³/s. Daya pompa maksimum (Wp) adalah 0,11 watt. Daya spirtus maksimum (Wspirtus) adalah 61,16 watt. Efisiensi pompa maksimum (ηpompa) adalah 0,31 %. vi

7 LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Daniel Anggi Prasetyo Nomor Mahasiswa : Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya berjudul : Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 6 Pipa Paralel 135 cc Dengan Dua Pipa Hisap. 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 ataupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 19 Februari 2014 Yang menyatakan Daniel Anggi Prasetyo vii

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunianya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Pompa Air Energi Termal Menggunakan Evaporator 6 Pipa Paralel 135 cc Dengan Dua Pipa Hisap ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin sekaligus Dosen Pembimbing Akademik. 3. I Gusti Ketut Puja, S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma. 5. Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang telah dipergunakan dalam penelitian ini. 6. Keluarga dan teman-teman yang selalu memberi dorongan doa dan motivasi kepada penulis. viii

9 7. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Apabila ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Terima Kasih. Yogyakarta, 19 Februari 2014 Penulis Daniel Anggi Prasetyo ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... TITLE PAGE... HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING... HALAMAN PENGESAHAN... PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... INTISARI... i ii iii iv v vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... vii viii x xii xiv BAB I. PENDAHULUAN l Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan masalah Manfaat... 4 BAB II. DASAR TEORI Penelitian Yang Pernah Dilakukan Dasar Teori Penerapan Rumus x

11 BAB III. METODE PENELITIAN Deskripsi Alat Prinsip Kerja Alat Variabel Yang Divariasikan Variabel Yang Diukur Metode dan Langkah Pengambilan Data Analisa Data Peralatan Pendukung BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Data Penelitian Perhitungan Perhitungan Pompa Pembahasan BAB V. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsajet Air (Water Pulsejet) 6 Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump...7 Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Nifle Pump...7 Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Nifle Pump Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Water Pulsejet...9 Gambar Evaporator Pompa Air Energi Termal Jenis Water Pulsejet...10 Gambar Skema Alat Penelitian...12 Gambar Detail Evaporator...13 Gambar Variasi Ketinggian Head...16 Gambar Variasi Diameter Selang Osilasi.17 Gambar Variasi Posisi Evaporator...17 Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa.18 Gambar 4.1 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci...28 Gambar 4.2 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci...28 xii

13 Gambar 4.3 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci...29 Gambar 4.4 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci...29 Gambar 4.5 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, Osilasi ½ inci Gambar 4.6 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, Osilasi ½ inci Gambar 4.7 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, Osilasi ⅜ inci.. 31 Gambar 4.8 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, Osilasi ⅜ inci.. 31 Gambar 4.9 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, Osilasi ⅜ inci dan ½ inci Gambar 4.10 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, Osilasi ⅜ inci dan ½ inci xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-1)...22 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-2)...22 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-3)...22 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1)...23 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-2)...23 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-3)...23 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-1)...23 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-2)...24 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-3)...24 xiv

15 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1)...24 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-2)...24 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-3)...25 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci...25 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci...25 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci...25 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci...26 Tabel Daya pemompaan rata-rata (Wp rata-rata)...26 Tabel Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head...27 xv

16 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air adalah sumber kehidupan dan sumber daya alam yang tidak akan pernah tergantikan untuk kebutuhan hidup manusia sehari-hari. Pada umumnya air dipergunakan oleh masyarakat untuk minum, memasak, mencuci dan untuk keperluan lainnya. Ketersediaan air di Indonesia sangat melimpah namun pada umumnya sumber air terletak lebih rendah dari tempat air tersebut dipergunakan sehingga diperlukan pompa air untuk mengalirkan air dari sumber ke tempat yang memerlukan. Pompa air yang kita kenal pada umumnya digerakkan dengan energi minyak bumi (dengan motor bakar) atau energi listrik (motor listrik). Tetapi belum semua daerah di Indonesia terdapat jaringan listrik atau belum memiliki sarana transportasi yang baik sehingga bahan bakar minyak tidak mudah didapat, disamping itu efek dari hasil pembakaran bahan bakar minyak selalu menimbulkan polusi udara dan pencemaran lingkungan yang dapat menimbulkan global warming, oleh sebab itu energi terbarukan yang ramah lingkungan menjadi alternatif lain yang sangat penting dalam mengatasi masalah tersebut. Untuk kondisi daerah seperti itu umumnya penyediaan air dilakukan dengan tenaga manusia yaitu membawanya dengan ember, menimba atau dengan pompa tangan. Jika penyediaan

17 2 air dilakukan dengan tenaga manusia maka bukan hanya tenaga tetapi waktu untuk melakukan kegiatan lain yang lebih produktif akan berkurang. Alternatif lain adalah memanfaatkan sumber energi terbarukan untuk memompa air, tergantung potensi yang ada di daerah tersebut. Maka sumbersumber energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan untuk memompa air adalah energi air, angin atau energi surya. Pemanfaatan energi surya untuk memompa air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan sel surya atau menggunakan kolektor termal plat parabolik jenis tabung. Sel surya masih merupakan teknologi yang tinggi dan mahal bagi masyarakat terutama masyarakat di negara berkembang seperti Indonesia sehingga penerapannya sangat terbatas. Disisi lain kolektor termal plat parabolik jenis tabung merupakan teknologi yang sederhana dan murah sehingga mempunyai peluang dimanfaatkan masyarakat untuk memompa air. Informasi tentang unjuk kerja kolektor termal untuk memompa air atau yang lebih sering disebut pompa air energi surya termal di Indonesia belum banyak dijumpai sehingga perlu dilakukan banyak penelitian untuk menjajagi kemungkinannya. Sebagai simulasi pompa air energi surya termal, panas yang digunakan adalah panas dari api. 1.2 Rumusan Masalah Unjuk kerja pompa air energi termal tergantung pada lama waktu penguapan fluida kerja dan lama waktu pengembunan uap. Waktu yang diperlukan untuk penguapan tergantung pada efisiensi pompa dalam

18 3 mengumpulkan energi termal dan mengkonversikannya ke fluida kerja, juga tergantung pada sifat-sifat dan jumlah awal fluida kerja dalam sistem. Pada penelitian ini model pompa air energi termal yang digunakan yaitu dengan evaporator 6 pipa paralel volume fluida kerja 135 cc, ketinggian head (1,5 m, 1,8 m dan 2 m), diameter selang osilasi (⅜ inci) dan (½ inci ). Diameter selang osilasi bertujuan untuk mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp), daya spirtus (Wspirtus), efisiensi pompa (ηpompa), waktu pemompaan (tout) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V). 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : a. Membuat model pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulsejet) menggunakan evaporator enam pipa paralel dengan volume 135 cc. b. Mengetahui debit (Q), daya pompa (Wp), daya spirtus (Wspirtus), efisiensi pompa (ηpompa), waktu pemompaan (tout) dan besarnya volume keluaran yang dihasilkan (V). c. Membandingkan kinerja selang osilasi ⅜ inci dengan selang osilasi ½ inci. 1.4 Batasan Masalah Batasan-batasan yang di ambil pada penelitian ini adalah : a. Pompa air energi termal menggunakan evaporator 6 pipa paralel 135 cc dengan dua pipa hisap dan sumber panas menggunakan bahan bakar spirtus.

19 4 b. Fluida kerja yang digunakan adalah air. c. Ketinggian head pemompaan 1.5 m, 1.8 m. d. Diameter selang osilasi ⅜ inci dan ½ inci. 1.5 Manfaat Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu : a. Menambah kepustakaan teknologi pompa air energi termal. b. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pompa air dengan energi termal yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan. c. Mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan listrik.

20 5 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, 2001).

21 6 2.2 Dasar Teori Pompa air energi termal umumnya adalah pompa air energi termal dengan jenis pulsajet air (water pulsejet), 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 pulsajet air (water pulsejet) 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 Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Pulsajet Air (Water Pulsejet)

22 7 Keterangan : 1. Displacer 2. Penukar panas 3. Pemicu regenerasi 4. Penukar panas 5. Tuning pipe 6. Katup hisap 7. Katup buang 8. Sisi volume mati 9. Pengapung Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Fluidyn Pump Keterangan : 1. Kekuatan piston 2. Beban 3. Silinder displacer 4. Evaporator 5. Kondenser 6. Katup 7. Saturator 8. Difusi kolom 9. Perpindahan panas Gambar Pompa Air Energi Termal Jenis Nifte Pump

23 8 Discharge Suction Gambar Pompa air energi termal jenis fluidyn pump Discharge Suction Gambar Pompa air energi termal jenis nifte pump

24 9 Gambar Pompa air energi termal jenis water pulsejet 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

25 10 Gambar Evaporator pompa air energi termal jenis water pulsejet 2.3 Penerapan Rumus Debit pemompaan yaitu jumlah volume yang dihasilkan tiap satuan waktu (detik) dapat dihitung dengan persamaan: V Q (2.1) t dengan: V t : volume air (m³) : waktu yang diperlukan (detik) Daya pemompaan yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: Wp = ρ.g.q.h (2.2) dengan: ρ : massa jenis air (kg/m 3 ) g : percepatan gravitasi (m/s 2 )

26 11 Q H : debit pemompaan (m 3 /s) : head pemompaan (m) Daya spritus yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan : W spirtus m. c p t. T (2.3) dengan : mair : massa air (kg) Cp : panas jenis air ( J kg C ) ΔT : kenaikan temperatur ( o C) atau kenaikan suhu (T3) dikurangi suhu air awal (T0 = 25ºC) 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 : pompa W W P spirtus x100% (2.4) dengan : Wp : daya pemompaan (watt) Wspirtus : daya spritus (watt)

27 12 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Deskripsi Alat Adapun skema alat penelitian pompa air energi termal menggunakan evaporator enam pipa paralel 135 cc dengan dua pipa hisap dapat dilihat pada Gambar Gambar Skema alat penelitian

28 13 Keterangan pompa : 1. Evaporator 7. Katup hisap satu arah 2. Kotak Pemanas (spirtus) 8. Tangki air hisap 3. Corong Air Keluaran 9. Selang Osilasi ½ inci 4. Gelas ukur 10. Selang Osilasi ⅜ inci 5. Selang air keluaran 11. Kran Osilasi 6. Katup buang satu arah 12. Kerangka Evaporator : Bahan : Pipa Tembaga Gambar Detail Evaporator

29 14 Pompa termal pada penelitian ini terdiri dari 5 komponen utama yaitu: 1. Enam buah evaporator menggunakan bahan dari pipa tembaga dengan panjang masing-masing 79 cm sebagai bagian yang dipanasi. 2. Kotak pemanas/pembakar dengan bahan bakar spirtus. 3. Pendingin menggunakan air dari kondensor (thermosifon). 4. Pompa termal evaporator paralel ini dilengkapi dua katup satu arah pada sisi masuk dan sisi keluar. 5. Tuning pipe atau pipa osilasi dengan diameter ⅜ inci dan ½ inci. 3.2 Prinsip Kerja Alat Prisip kerja pompa dapat dijelaskan sebagai berikut : Pompa air yang digunakan adalah pompa air jenis pulsajet (water pulsejet pump). Kondensor yang digunakan berbentuk pipa pvc. Pada penelitian ini menggunakan satu 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. Evaporator dan sistem yang berisi air mula mula dipanaskan dengan pemanas bahan bakar spirtus. 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 mengalami pengembunan. Pengembunan uap ini menyebabkan tekanan dalam pompa turun (dibawah tekanan atmosfir atau

30 15 vakum) sehingga air dari sumber masuk atau terhisap mengisi sistem, dan proses langkah tekan pompa akan terjadi kembali, karena uap yang baru dari evaporator masuk ke dalam pompa. Setiap satu langkah tekan pompa (karena uap bertekanan masuk pompa) dan satu langkah hisap (karena uap mengembun karena pendinginan) disebut satu siklus namun siklus ini berlangsung cepat. Pompa dilengkapi dengan dua katup satu arah masingmasing pada sisi hisap dan sisi tekan. Fungsi katup adalah agar pada langkah tekan air mengalir ke tujuan dan tidak kembali ke sumber. 3.3 Variabel Yang Divariasikan Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu: 1. Variasi ketinggian head yaitu 1,5 m, 1,8 m. 2. Variasi diameter selang osilasi yaitu ⅜ inci dan ½ inci. 3. Variasi posisi evaporator.

31 16 Berikut ini adalah skema gambar variabel yang divariasikan : Gambar Variasi Ketinggian Head

32 17 Gambar Variasi Diameter Selang Osilasi Gambar Variasi Posisi Evaporator

33 Variabel Yang Diukur Variabel-variabel yang diukur yaitu temperatur suhu air awal (T0), temperatur sisi bawah pemanas spirtus (T1), temperatur sisi atas evaporator (T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3), temperatur udara sekitar atau lingkungan (T4). Debit (Q), daya pompa (Wp), efisiensi pompa (ηpompa) dan daya spirtus (Wspirtus). Gambar Posisi Termokopel Pada Pompa

34 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 1,5 m, 1,8 m. 2. Mengatur penggantian diameter selang osilasi yang akan dipakai. 3. Mengatur penggantian jumlah volume spirtus (volume spirtus masingmasing 100 cc) 4. Mengisi fluida kerja evaporator dan sistem. 5. Memasang termokopel dan alat ukur yang digunakan. 6. Mengisi bahan bakar spirtus. 7. Mulai penyalaan pemanas evaporator. 8. Mencatat suhu T0, T1, T2, T3, T4, waktu yang diperlukan (t) dan volume air yang dihasilkan pompa (V). 9. Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 data tiap 3 menit. 10. Ulangi no 1 8 pada variasi yang selanjutnya. 3.6 Analisa Data Data yang diambil dan dihitung dalam penelitian pompa yaitu : temperatur suhu air awal (T0), temperatur sisi bawah pemanas spirtus (T1), temperatur sisi atas evaporator (T2), temperatur air di dalam gelas ukur (T3),

35 20 temperatur udara sekitar (T4), volume output air (V) dan waktu pemompaan (t) 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). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan : waktu dengan daya pemompaan dan efisiensi pompa. 3.7 Peralatan Pendukung Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Solar Meter Alat ini berfungsi untuk melihat radiasi surya yang datang dalam W/m 2. 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. e. Thermo Logger Alat ini digunakan untuk mengukur suhu pada kolektor, dan suhu air kondensor per menit.

36 21 f. Adaptor Alat ini digunakan untuk merubah arus AC menjadi arus DC. Adaptor yang digunakan memiliki tegangan 12 Volt. g. Termokopel Digunakan untuk mendeteksi suhu dan menghubungkan ke display. h. Kerangka Kerangka digunakan sebagai tempat dimana pompa dipasang dan juga untuk mengatur head.

37 22 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian Pada pengambilan data penelitian ini diperoleh data pompa sebagai berikut : Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-1). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-2). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-3). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) ,

38 23 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-2). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-3). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-1). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) ,

39 24 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-2). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci (percobaan ke-3). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-1). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-2). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) ,

40 25 Tabel Temperatur Pompa Pada Variasi Ketinggian Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci (percobaan ke-3). Waktu (menit) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) T4 ( C) Volume (ml) , Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ½ inci Volume Waktu Debit Daya pompa Efisiensi pompa (V) (t) (Q) (Wp) (ηpompa) ,39 0,07 0, ,47 0,07 0, ,26 0,07 0,12 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,5 m dan Osilasi ⅜ inci Volume Waktu Debit Daya pompa Efisiensi pompa (V) (t) (Q) (Wp) (ηpompa) ,06 0,11 0, ,22 0,11 0, ,51 0,11 0,24 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci Volume Waktu Debit Daya pompa Efisiensi pompa (V) (t) (Q) (Wp) (ηpompa) ,49 0,04 0, ,05 0, ,40 0,03 0,06

41 26 Tabel Data hasil Volume, Waktu, Debit, Daya Pompa dan Efisiensi Pompa dengan Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci Volume Waktu Debit Daya pompa Efisiensi pompa (V) (t) (Q) (Wp) (ηpompa) ,40 0,03 0, ,60 0,05 0, ,86 0,06 0,11 Tabel Daya pemompaan rata-rata (Wp rata-rata) Head 1,5 m dan Osilasi Head 1,5 m dan Osilasi Head 1,8 m dan Osilasi Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci ⅜ inci ½ inci ⅜ inci 0,07 0,11 0,04 0, Perhitungan Perhitungan Pompa Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Tabel 4.2.1, head 1,5 m dan osilasi ½ inci dengan variasi bukaan kran terbuka penuh : Perhitungan nilai Q ( debit ), dimana besarnya volume keluaran sebesar 2930 ml (0,00293 m 3 ), dan waktu yang diperlukan selama 10,09 menit (605 detik), sehingga debit yang dihasilkan : Q 2930 ml 10,09 menit 3 0,00293 m 605 detik 0, m 3 / s Daya pemompaan (Wp) yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan: W p kg/ m. 9,8 m/ s. 0, m / s.1,5 m = 0,071 watt

42 27 Daya spirtus (Wspirtus) yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan : W spirtus (0,5kg).(4200J kg 605 detik C ).(15,4 C) = 53,45 watt Efisiensi pompa (ηpompa) dapat dihitung dengan persamaan : ηpompa = 0,07 watt 53,45 watt x 100 % = 0,13 % Untuk perhitungan selanjutnya terdapat dalam tabel berikut : Tabel Perhitungan Pompa Variasi Ketinggian Head Data Head Osilasi Q Wp Wspirtus ηpompa T t (m) (inci) (m³/s) (watt) (watt) (%) ( C) (detik) I 1,5 ½ 0, ,07 53,45 0,13 15, II 1,5 ½ 0, ,07 54,90 0,12 16, III 1,5 ½ 0, ,07 54,90 0,12 16, I 1,5 ⅜ 0, ,11 34,71 0,31 10, II 1,5 ⅜ 0, ,11 41,86 0,26 12, III 1,5 ⅜ 0, ,11 45,74 0,24 13, I 1,8 ½ 0, ,04 58,01 0,07 15, II 1,8 ½ 0, ,05 61,16 0,09 16, III 1,8 ½ 0, ,03 51,84 0,06 13, I 1,8 ⅜ 0, ,03 56,68 0,06 16, II 1,8 ⅜ 0, ,05 52,76 0,10 15, III 1,8 ⅜ 0, ,06 54,90 0,11 16,00 612

43 Pembahasan Gambar 4.1 dan 4.2 merupakan grafik hubungan antara daya pemompaan terhadap debit pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci dan ⅜ inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan daya pemompaan yang signifikan. Sedangkan untuk head 1,8 m terjadi peningkatan daya pemompaan yang signifikan. Daya pemompaan terbesar yang dihasilkan adalah 0,11 watt terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜ inci. Gambar 4.1 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci. Gambar 4.2 Hubungan Daya (Wp) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci.

44 29 Gambar 4.3 dan 4.4 merupakan grafik hubungan antara efisiensi pemompaan terhadap debit pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci dan ⅜ inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m dan head 1,8 m dengan osilasi ½ inci tidak terjadi peningkatan efisiensi pemompaan yang signifikan. Sedangkan untuk head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci terjadi peningkatan daya pemompaan yang signifikan. Efisiensi pemompaan terbesar yang dihasilkan adalah 0,31 % terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜ inci. Gambar 4.3 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ½ inci. Gambar 4.4 Hubungan Efisiensi Pompa (η) dengan Debit (Q) pada variasi Head 1,5 m, Head 1,8 m dan Osilasi ⅜ inci.

45 30 Gambar 4.5 dan 4.6 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap osilasi pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ½ inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan debit yang signifikan. Sedangkan untuk head 1,8 m terjadi peningkatan debit yang signifikan. Debit terbesar yang dihasilkan adalah 0, m 3 /s terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ½ inci. Gambar 4.5 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, dan Osilasi ½ inci. Gambar 4.6 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, dan Osilasi ½ inci.

46 31 Gambar 4.7 dan 4.8 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap osilasi pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m tidak terjadi peningkatan debit yang signifikan. Sedangkan untuk head 1,8 m terjadi peningkatan debit yang signifikan. Debit terbesar yang dihasilkan adalah 0, m 3 /s terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜ inci. Gambar 4.7 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, dan Osilasi ⅜ inci. Gambar 4.8 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, dan Osilasi ⅜ inci.

47 32 Gambar 4.9 dan 4.10 merupakan grafik hubungan antara debit terhadap osilasi pada variasi head 1,5 m dan 1,8 m dengan osilasi ⅜ inci dan ½ inci. Dari gambar tersebut untuk head 1,5 m dan head 1,8 m debit yang dihasilkan dengan osilasi ⅜ inci lebih besar dibandingkan dengan osilasi ½ inci. Debit terbesar yang dihasilkan adalah 0, m 3 /s terdapat pada variasi ketinggian head 1,5 m dengan osilasi ⅜ inci. Gambar 4.9 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,5 m, Osilasi ⅜ inci dan ½ inci. Gambar 4.10 Hubungan Debit (Q) dengan Osilasi pada variasi Head 1,8 m, Osilasi ⅜ inci dan ½ inci.

48 33 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah : 1. Membuat model pompa air energi termal jenis pulsajet air (water pulsejet) menggunakan evaporator 6 pipa paralel 135 cc dengan dua pipa hisap. 2. Debit (Q) maksimum yang diperoleh adalah 0, terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi ⅜ inci. Daya pompa (Wp) maksimum yang diperoleh adalah 0,11 watt terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi ⅜ inci. Efisiensi pompa (ηpompa) maksimum yang diperoleh adalah 0,31 % terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi ⅜ inci. Waktu pemompaan (t) maksimum yang diperoleh adalah 615 detik terdapat pada variasi head 1,8 m dengan selang osilasi ⅜ inci. Besarnya volume air (V) maksimum yang dihasilkan adalah 4530 ml (0,00453 m 3 ) terdapat pada variasi head 1,5 m dengan selang osilasi ⅜ inci. 3. Ukuran diameter selang osilasi dan ketinggian head sangat berpengaruh terhadap kinerja pompa, dalam penelitian ini ukuran diameter selang osilasi ⅜ inci dan ketinggian head 1,5 m lebih

49 34 efektif dibandingkan dengan selang osilasi ½ inci dan ketinggian head 1,8 m. 5.2 Saran Saran yang dapat diberikan adalah : 1. Periksa dan pastikan tidak ada kebocoran pada pompa maupun sambungan pada selang agar tidak mempengaruhi kerja sistem. 2. Kurangi belokan atau pengecilan penampang pada sistem pompa, agar pompa memiliki kinerja yang baik. 3. Pastikan posisi katup hisap dan katup buang vertikal searah keatas dan pastikan posisi katup tidak miring karena akan memungkinkan terjadinya kebocoran pada katup tersebut. 4. Dalam pengisian sistem pompa dengan fluida kerja khususnya pada bagian evaporator harus terisi sempurna tanpa ada udara yang terjebak di dalamnya, agar pompa memiliki kinerja yang baik. 5. Usahakan selang osilasi dibuat tinggi agar pada saat pompa mulai bekerja fluida dalam selang tidak keluar karena akan mempengaruhi kerja sistem.

50 35 DAFTAR PUSTAKA Mahkamov, K.; Djumanov, D., Thermal Water Pumps On The Basis Of Fluid Piston Solar Stirling Engine. 1st International Energy Conversion Engineering Conference, 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 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 Wong, Y.W.; Sumathy, K., (2001). Thermodynamic analysis and optimization of a solar thermal water pump, Applied Thermal Engineering, Volume 21, Issue 5, April 2001, Pages

51 36 LAMPIRAN

52 37 Gambar 1. Evaporator Gambar 2. Thermo logger Gambar 3. Tangki hisap Gambar 4. Katup tekan

53 38 Gambar 5. Katup hisap Gambar 6. Adaptor Gambar 7. Gelas ukur Gambar 8. Pompa air energi termal